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Como funciona o microscópio de luz

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Eneida Gusmão Bouças
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Apostila de Biologia.

Educação
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LICENCIATURA EM CIÊNCIAS BIOLÓGICAS BIOLOGIA CELULAR Semestre 3 Prof. Maurício P. Gouvinhas UNIVERSIDADE METROPOLITANA DE SANTOS
BIOLOGIA CELULAR UNIMES VIRTUAL L782c LOBO, Maurício Nunes Curso de Pedagogia: Atividades Curriculares Acadêmicas Adicionais (por) Prof. Maurício Nunes Lobo. Semestre 2. Santos: UNIMES VIRTUAL. UNIMES. 2006. 22p. 1. Pedagogia 2. Atividades Curriculares Acadêmicas Adicionais. CDD 371 Universidade Metropolitana de Santos Campus II – UNIMES VIRTUAL Av. Conselheiro Nébias, 536 - Bairro Encruzilhada, Santos - São Paulo Tel: (13) 3228-3400 Fax: (13) 3228-3410 www.unimesvirtual.com.br Nenhuma parte desta publicação pode ser reproduzida por qualquer meio sem a prévia autorização desta instituição.
BIOLOGIA CELULAR UNIMES VIRTUAL UNIMES – Universidade Metropolitana de Santos - Campus I e III Rua da Constituição, 374 e Rua Conselheiro Saraiva, 31 Bairro Vila Nova, Santos - São Paulo - Tel.: (13) 3226-3400 E-mail: infounimes@unimes.br Site: www.unimes.br Prof.ª Renata Garcia de Siqueira Viegas da Cruz Reitora da UNIMES Prof. Rubens Flávio de Siqueira Viegas Júnior Pró-Reitor Administrativo Prof.ª Rosinha Garcia de Siqueira Viegas Pró-Reitora Comunitária Prof.ª Vera Aparecida Taboada de Carvalho Raphaelli Pró-Reitora Acadêmica Prof.ª Carmem Lúcia Taboada de Carvalho Secretária Geral
BIOLOGIA CELULAR UNIMES VIRTUAL EQUIPE UNIMES VIRTUAL Diretor Executivo Prof. Eduardo Lobo Supervisão de Projetos Prof.ª Deborah Guimarães Prof.ª Doroti Macedo Prof.ª Maria Emilia Sardelich Prof. Sérgio Leite Grupo de Apoio Pedagógico - GAP Prof.ª Elisabeth dos Santos Tavares - Supervisão Prof.ª Denise Mattos Marino Prof.ª Joice Firmino da Silva Prof.ª Márcia Cristina Ferrete Rodriguez Prof.ª Maria Luiza Miguel Prof. Maurício Nunes Lobo Prof.ª Neuza Maria de Souza Feitoza Prof.ª Rita de Cássia Morais de Oliveira Prof. Thiago Simão Gomes Angélica Ramacciotti Leandro César Martins Baron Grupo de Tecnologia - GTEC Luiz Felipe Silva dos Reis - Supervisão André Luiz Velosco Martinho Carlos Eduardo Lopes Clécio Almeida Ribeiro Grupo de Comunicação - GCOM Ana Beatriz Tostes Carolina Ferreira Flávio Celino Gabriele Pontes Joice Siqueira Leonardo Andrade Lílian Queirós Marcos Paulo da Silva Nildo Ferreira Ronaldo Andrade Stênio Elias Losada Tiago Macena William Souza Grupo de Design Multimídia - GDM Alexandre Amparo Lopes da Silva - Supervisão Francisco de Borja Cruz - Supervisão Alexandre Luiz Salgado Prado Lucas Thadeu Rios de Oliveira Marcelo da Silva Franco Secretaria e Apoio Administrativo Camila Souto Carolina Faulin de Souza Dalva Maria de Freitas Pereira Danúsia da Silva Souza Raphael Tavares Sílvia Becinere da Silva Paiva Solange Helena de Abreu Roque Viviane Ferreira
BIOLOGIA CELULAR UNIMES VIRTUAL AULA INAUGURAL Olá! A disciplina de Biologia Celular tem a finalidade de apresentar a estrutura e o funcionamento da unidade básica dos seres vivos, ou seja, a célula. É a partir do entendimento da célula que inícia a sua “jornada” pelo mara- vilhoso mundo da Biologia. Entender a “célula” é o primeiro passo para a compreensão das demais áreas de atuação do biólogo. Durante o semestre, vamos estudar os conceitos básicos das células e seus componentes; a composição e as funções das membranas biológicas e dos elementos subcelulares; estabelecer os meios de comunicação ce- lular; analisar os aspectos morfológicos do núcleo e dos ácidos nucléicos e, também, o ciclo celular e tipos de divisão. Ao final da disciplina, você será capaz de relacionar os conteúdos aborda- dos na solução de problemas em diferentes áreas de atuação profissional. Seja bem vindo! Prof. Maurício Gouvinhas
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BIOLOGIA CELULAR UNIMES VIRTUAL Índice Unidade I - Microscopias, Técnicas e Biomembranas........................................11 Aula: 01 – Microscopia de Luz....................................................................................12 Aula: 02 – Microscopia Eletrônica e Confocal............................................................ 15 Aula: 03 – Cultura de Células......................................................................................18 Aula: 04 – PCR e Eletroforese.....................................................................................20 Aula: 05 – Estrutura das Membranas Biológicas.........................................................22 Aula: 06 – Funções das Biomembranas......................................................................25 Aula: 07 – Transportes Através das Membranas........................................................27 Aula: 08 – Colocando em Prática................................................................................30 Resumo - Unidade I.....................................................................................................32 Unidade II - Especializações das Biomembranas................................................35 Aula:09 – Endocitose e Exocitose...............................................................................36 Aula:10 – Domínios de Membrana..............................................................................38 Aula:11 – AMP-Cíclico................................................................................................40 Aula:12 – Meios de Comunicação das Células............................................................42 Aula:13 – Citoesqueleto..............................................................................................44 Aula:14 – Junções Intercelulares................................................................................48 Resumo - Unidade II....................................................................................................51 Unidade III - Elementos Subcelulares – As Organelas........................................53 Aula: 15 – Retículo Endoplasmático............................................................................54 Aula: 16 – Complexo Golgiense..................................................................................57 Aula: 17 – Lisossomas................................................................................................59 Aula: 18 – Mitocôndrias..............................................................................................62 Aula: 19 – Estudo da Organização Geral da Célula......................................................64 Aula: 20 – Tipos Celulares...........................................................................................69 Resumo - Unidade III...................................................................................................72 Unidade IV - Núcleo Celular................................................................................75 Aula: 21 – Núcleo........................................................................................................76 Aula: 22 – Material Genético.......................................................................................79 Aula: 23 – Replicação, Transcrição e Tradução...........................................................82 Aula: 24 – Ciclo Celular...............................................................................................86 Aula: 25 – Mitose........................................................................................................89 Aula: 26 – Meiose.......................................................................................................93
BIOLOGIA CELULAR10 UNIMES VIRTUAL Aula: 27 – Aberrações Cromossômicas......................................................................96 Aula: 28 – Cariótipo....................................................................................................99 Resumo - Unidade IV.................................................................................................102 Unidade V - Matriz Extracelular........................................................................105 Aula: 29 – Matriz Extracelular...................................................................................106 Aula: 30 – Biologia do Câncer ..................................................................................110 Aula: 31 – Neoplasias Benignas e Malignas.............................................................113 Aula: 32 – Sistemas de Controle...............................................................................117 Resumo - Unidade V..................................................................................................120
BIOLOGIA CELULAR 11 UNIMES VIRTUAL Unidade I Microscopias, Técnicas e Biomembranas Objetivos Introdução às técnicas de estudo mais atuais das células; microscopia de luz e eletrônica, componentes dos microscópios e suas funções. Apresentar a forma, composição e funções das membranas biológicas, bem como relacionar os tipos de transporte feitos através das membranas. Plano de Estudo Esta unidade conta com as seguintes aulas: Aula: 01 – Microscopia de Luz Aula: 02 – Microscopia Eletrônica e Confocal Aula: 03 – Cultura de Células Aula: 04 – PCR e Eletroforese Aula: 05 – Estrutura das Membranas Biológicas Aula: 06 – Funções das Biomembranas Aula: 07 – Transportes Através das Membranas Aula: 08 – Colocando em Prática
BIOLOGIA CELULAR12 UNIMES VIRTUAL Aula: 01 Temática: O Microscópio de Luz Olá! Hoje vamos estudar quais as partes e como funciona a principal ferramenta que os Biólogos utilizam para o estudo das células, o microscópio. Hoje existem vários tipos de microscopias utilizadas para os mais varia- dos fins. Mas, sem dúvida, o instrumento mais utilizado é o microscópio de luz. Alguns autores usam o termo microscópio óptico, mas todos são ópticos e, o que os diferencia é o tipo de luz empregada para a geração das imagens. Podemos citar como exemplo: o microscópio que utiliza elétrons para gerar a imagem desejada é chamado de microscópio eletrônico (ME). Mesmo assim, o ME não deixa de possuir um sistema óptico; então, ele também é um microscópio óptico. Entenderam? Os microscópios, de um modo geral, apresentam duas partes principais: um sistema mecânico e um sistema de lentes. Lentes Oculares = Dependendo do número de lentes oculares presentes os microscópios podem ser: monoculares, possuem apenas uma lente; binoculares, possuem duas lentes, sendo os mais comuns hoje em dia e trioculares, possuem duas lentes oculares e mais uma abertura de encai- xe para uma câmera (fotográfica ou de vídeo). Outro detalhe importante é
BIOLOGIA CELULAR 13 UNIMES VIRTUAL que as lentes oculares têm um poder de aumento, ou seja, elas sozinhas aumentam o objeto a ser estudado. Normalmente as oculares têm um aumento de 10x, mas esse número pode variar. Canhão = é a estrutura mecânica que dá suporte as lentes oculares. O canhão é uma estrutura móvel que permite ao observador regular as lentes oculares de acordo com a distância interpupilar. Revolver = é uma estrutura mecânica, móvel que dá suporte as lentes objetivas. O revólver gira tanto em sentido horário quanto anti-horário. Lentes Objetivas = as objetivas formam um conjunto de 4 lentes. Cada lente sozinha tem um poder de aumento específico. A primeira lente é de- nominada de panorâmica ou de menor aumento. É identificada com uma tarja vermelha e aumenta o objeto em 5x seu tamanho normal. A segunda lente é chamada de médio aumento e tem o aumento de 10x. É identifica- da com uma tarja amarela. A terceira objetiva aumenta o objeto em 40x. É chamada de maior aumento e é identificada com uma tarja azul. A última objetiva é identificada com uma tarja branca. Possui o maior aumento de todos, 100x, sendo chamada de objetiva de imersão. O aumento total do objeto a ser visualizado é feito através da multiplicação do aumento das lentes oculares e objetivas. Assim, temos: • Objetiva panorâmica = 10 x 5 = 50 vezes o tamanho original; • Objetiva de médio aumento = 10 x 10 = 100 vezes o tamanho original; • Objetiva de maior aumento = 10 x 40 = 400 vezes o tamanho original; • Objetiva de imersão = 10 x 100 = 1000 vezes o tamanho original. Mesa ou Platina e Presilha = a mesa é a estrutura destinada a suportar a lâmina com o material a ser observado. A lâmina fica presa à mesa atra- vés de uma estrutura denominada presilha. Condensador e Diafragma = Condensador é uma estrutura localizada abaixo da mesa. Sua função é concentrar os raios de luz que saem do canhão de luz, localizado na base do microscópio. A importância do con- densador é que sem ele, perderíamos qualidade na imagem, pois os raios de luz se dissipariam e só uma quantidade pequena seria distribuída pelas lentes internas do microscópio (prismas) chegando aos nossos olhos. O Diafragma é uma pequena lingüeta localizada à frente do condensador. Sua função é controlar a intensidade de luz que incide sobre a lâmina.
BIOLOGIA CELULAR14 UNIMES VIRTUAL Charriot = é um conjunto de parafusos encontrado na lateral do micros- cópio. Sua função é movimentar a mesa para os lados e movimentar a presilha para frente e para traz. O resultado é que podemos observar o material por inteiro sem ter que mover a lâmina manualmente, como se fazia antigamente. Parafuso Macrométrico = é a peça mecânica destinada a dar o primeiro foco ou o foco grosseiro. Sua função é subir e descer a mesa. ATENÇÃO! O parafuso macrométrico só é utilizado com a objetiva de menor aumen- to. Se você for utilizá-lo com as outras objetivas irá quebrar a lâmina ao meio! Então cuidado! Nunca se esqueça! Parafuso Micrométrico = é usado em conjunto com o macrométrico. Possui a mesma função, subindo e descendo a mesa, só que de maneira bem lenta (quase imperceptível). É usado com as outras três objetivas para ajustar o foco. Pode até parecer confuso ou difícil o manuseio do micros- cópio, mas na realidade não é, claro que a prática faz a per- feição e, dependendo do tipo de material que se deseja ob- servar há uma variação na intensidade de luz que deve ser ajustada. Com o tempo o microscópio se torna o grande amigo do biólogo e, com certeza vai se tornar o seu também!
BIOLOGIA CELULAR 15 UNIMES VIRTUAL Aula: 02 Temática: Microscopia Eletrônica e Confocal Olá! Em continuação a nossa aula sobre microscopia, hoje vamos abordar dois tipos de microscopias mais “potentes”. A microscopia eletrônica e a microscopia a laser ou confo- cal. Vamos lá! O microscópio eletrônico foi elaborado por volta de 1940, suas primeiras utilizações foram na área de engenharia, mas logo foi adaptado para a utilização dentro das áreas biológicas. Enquanto o microscópio convencional de luz permite um aumento de até 1000x, o microscópio eletrônico permite aumentar o tamanho original da peça em até 01 milhão de vezes! Essa magnitude permite aos pesquisado- res estudar detalhes que na microscopia de luz é impossível detalhar. Existem dois tipos de microscopia eletrônica: microscopia eletrônica de transmissão ou MET e a microscopia eletrônica de varredura ou MEV. Microscopia Eletrônica de Transmissão O microscópio eletrônico é bem maior do que o de luz e o MET precisa de uma sala “especial” e cuidados também! A sala tem que ser refrigera- da, pois altas temperaturas interferem no microscópio, então, no máximo duas pessoas podem ficar na sala enquanto o microscópio está em fun- cionamento. O MET é um grande tubo cilíndrico preso a uma mesa (em termos gerais). Dentro do tubo passa um corrente de elétrons, liberada da parte mais su- perior, denominada canhão eletrônico. Os elétrons são agitados por uma bobina elétrica para ganharem alta velocidade e, então, são “disparados” ao longo do tubo, atingindo a peça localizada em uma parte mais mediana do cilindro. Ao atingirem a peça os elétrons a atravessam continuando seu caminho através de lentes (objetiva, intermediária e projetora), para atingir, por fim, uma placa fluorescente. Na microscopia eletrônica nós trabalhamos com fotos e não com lâminas! Isto é devido ao fato de que os elétrons que bombardeiam a peça acabam
BIOLOGIA CELULAR16 UNIMES VIRTUAL por destruí-la, então, todo ME tem uma câmera fotográfica acoplada, para o registro das imagens. Figura 01- Fotomicrografia eletrônica de transmissão da lâmina basal (asterís- co).Cabeçadesetaevidenciandotropocolágeno.(AMENTA,S.P.,etal.,2005. J. Histochem Cytochem., 53(2):165-76. Disponível em: http://www.jhc.org) Figura 02 – Fotomicrografia eletrônica de trans- missão mostrando duas mitocôndrias. (JOHN, G. B., et al., 2005. Mol. Biol Cell, 16: 1543-1554. Disponível em: http://www.molbiolcell.org) Microscopia Eletrônica de Varredura A MEV é bem mais “simples” do que a de transmissão. O MEV possui um cilindro menor e pode ocupar qualquer sala sem necessitar de cuidados específicos. A diferença entre as microscopias eletrônicas é que aqui, va- mos obter uma imagem tridimensional do material; a peça é tratada com sais de ouro e os elétrons ao invés de atravessar o material se combinam com os sais de ouro gerando uma imagem tridimensional (basicamente é um grande scanner). Figura 03 – Fotomicrografia eletrônica de var- redura evidenciando mitocôndrias. (imagem cortesia do Prof. Dr. Livre-Docente Manuel de Jesus Simões. Departamento de Histologia e Biologia Estrutural, Universidade Federal de São Paulo-Escola Paulista de Medicina)
BIOLOGIA CELULAR 17 UNIMES VIRTUAL Microscopia Confocal A microscopia confocal utiliza raios laser para gerar a imagem de uma amostra. Um dos grandes problemas na microscopia é a sobreposição de imagens quando se tem um corte espesso. A sobreposição interfere na qualidade, pois pontos diferentes da peça ficam desfocados. Mas com a MC a imagem coletada por um detector passa por um obstáculo com um pequeno orifício, permitindo, assim, coletar um plano focalizado enquanto outros planos são bloqueados. Figura 04 – Fotomicrografia confocal eviden- ciando fibroblastos (em vermelho citoplasma e em verde núcleo). (LANGEVIN, H. M., et al.; 2005. Am. J. Physiol Cell Physiol., 288: C747-C756. Disponível em: http://www.ajp- cell.physiology.org Podemos concluir que técnicas avançadas na área da mi- croscopia possibilitaram e possibilitam, cada vez mais, a compreensão dos mecanismos que fazem a célula funcio- nar. Para maiores detalhes destas técnicas e de outras, consulte as fontes na indicação e qualquer dúvida, não deixe de nos perguntar.
BIOLOGIA CELULAR18 UNIMES VIRTUAL Aula: 03 Temática: Cultura de Células Olá alunos! Nesta aula iremos abordar um tema de grande importância na prática da biologia celular. A técnica de cul- tura permite estudar o comportamento das células fora do organismo, ou seja, in vitro. Diferente das outras técnicas onde a célula é morta, a cultura permite o acompanhamento da célula viva. É uma técnica difícil de ser conduzida, pois necessita de aparelhos especiais e um local, totalmente, esterilizado. As técnicas de esterilização são tão importantes que a menor contamina- ção pode por em risco meses de pesquisas. Para se manterem vivas, as células devem ser colocadas em recipientes apropriados, de vidro ou plástico, denominados placas ou garrafas de cul- tura. Para cada tipo de célula existe um meio nutritivo específico e o tempo em que às células se mantêm vivas in vitro também varia. A figura da esquerda é uma placa de vidro (Placa de Petri) e a direita garrafas de plástico para cultura. (imagens disponíveis em: http://www. ciencor.com.br) Tipos de Culturas Cultura Primária Logo após serem retiradas do organismo os fragmentos de tecidos são colocadas nos recipientes apropriados contento meio de cultura (conjunto de proteínas necessárias a sobrevivência das células). Os fragmentos são observados 3x por semana para determinar à troca do meio de cultura e, por volta do 15ª dia às células começam a se soltar do tecido e aderem ao fundo do recipiente.
BIOLOGIA CELULAR 19 UNIMES VIRTUAL Subcultura A subcultura consiste em subcultivar as células primárias em outras pla- cas/garrafas de cultura. Este procedimento é importante para se manter um estoque de células em cultivo para procedimentos posteriores. Os la- boratórios também podem ter um banco de células em culturas e, frequen- temente, fornecem amostras de células para outros laboratórios. Figura 01 – Cultura de células. (YANG, Z. et al., 2005. J Biol Chem, 280(1):654-59. Disponível em: http://www.jbc.org) Podemos concluir que a técnica de cultura de células (ani- mais ou vegetais) é ferramenta importante na pesquisa tan- to básica quanto clínica, pois permite o estudo da célula in vitro, diminuindo a necessidade da utilização de modelos experimentais vivos. Não deixe de nos enviar suas dúvidas e sugestões.
BIOLOGIA CELULAR20 UNIMES VIRTUAL Aula: 04 Temática: PCR e Eletroforese Nessa aula, vamos estudar sobre duas técnicas muito uti- lizadas na Biologia para a análise do material genético. As técnicas de PCR e ELETROFORESE. A técnica denominada PCR (Reação em cadeia da Polimerase) consiste em fazer cópias da molécula de DNA, com a finalidade de amplificar frag- mentos de DNA em grande quantidade. Primeiro é retirada uma amostra de células de um tecido. A amostra é co- locada em um tubo de ensaio contendo um tipo de “detergente” e o DNA é separado das células. Então o tubo de ensaio é colocado em um aparelho denominado termociclador, o qual através de alterações na temperatura permite que a molécula de DNA se duplique. Após um período de 2 horas teremos 1 milhão de cópias de DNA. A segunda etapa é realizada pela técnica de eletroforese, que consistem em colocar o material (DNA) dentro de um gel em uma cuba de vidro, tampá-la e deixar uma corrente elétrica passar pelo gel. A cuba de eletroforese tem dois pólos, um negativo e outro positivo; e sendo o DNA um composto orgânico, é formado por par- tículas carregadas negativamente e por outras carregadas positivamente. Quando a corrente elétrica passa pelo gel contendo o DNA, as partículas são forçadas para as extremidades da cuba. Este processo de migração é chamado de corrida eletroforética e as par- tículas são atraídas de acordo com sua carga elétrica: (-) com (+) e vice- versa. Após um período de 2 horas, o gel é retirado para análise, veja o exemplo a seguir. Figura 01 – Imagem do termociclador do labo- ratório de Histologia e Biologia Estrutural. De- partamento de Morfologia. Universidade Fede- ral de São Paulo. Escola Paulista de Medicina. Cortesia do Prof. Dr. Livre-Docente Manuel de Jesus Simões.
BIOLOGIA CELULAR 21 UNIMES VIRTUAL Figura 02 – Cuba de Eletroforese. Disponível em: http://www.ciencor. com.br A figura acima representa o resultado da corridaeletroforética.Paradeterminaruma determinada proteína temos que analisar o padrão de bandas escuras que migram ao longo do gel (JOHN, G. B., et al., 2005. Mol. Biol Cell, 16: 1543-1554. Disponível em: http://www.molbiolcell.org). Podemos concluir que a análise do DNA é indispensável para entendermos mais sobre a evolução dos organismos, fazendo através de técnicas moleculares, comparações en- tre amostras de DNA de diferentes espécies. Não deixe de participar em nosso ambiente virtual de aprendizagem. Até lá!
BIOLOGIA CELULAR22 UNIMES VIRTUAL Aula: 05 Temática: Estrutura das Membranas Biológicas Antes de iniciarmos nosso estudo sobre a estrutura das membranas biológicas ou biomembranas, é interessante ressaltar que já se conhecia sua existência muito antes de conseguirmos visualizá-la pela primeira vez. Sua observação só foi pos- sível através da confecção de um tipo de microscópio mais avançado, o microscópio eletrônico, por volta de 1945. Mas como os pesquisadores da época conseguiram descobrir a existência do que hoje nós conhecemos como membrana celular ou plasmática? Para entender esse fato histórico, vamos recriar os experimentos que foram feitos. Primeiro vamos precisar de um frasco com água. Em seguida, vamos dividir o frasco ao meio, com papel celofane, por exem- plo, criando dois compartimentos isolados (A e B). Agora va- mos adicionar concentrações iguais de sal de cozinha (NaCl). Em um segundo teste, vamos adicionar no compartimento A mais NaCl. O que observamos em seguida é que as moléculas de NaCl se deslocam para o lado B, equilibrando os compar- timentos. Esse simples experimento permitiu aos estudiosos entender o que acon- tecia com a célula em seu microambiente. Uma estrutura permitia a pas- sagem do NaCl, mas não da água, motivo pelo qual a membrana seria chamada de semipermeável. As membranas celulares são compostas por: fosfolipídeos, proteínas e glicoproteínas. Embora as células tenham estrutura e funções em co- mum, existem diferenças específicas mediadas por seus componentes. A seguir, iremos discutir cada componente em separado. BA BA
BIOLOGIA CELULAR 23 UNIMES VIRTUAL Fosfolipídeos – Os principais componentes das membranas O principal componente lipídico das membranas é o fosfolipídeo. Formam uma dupla camada constituída por dois componentes: uma cabeça hidrofí- lica (hidros ¬–¬ água; filia – atração por) e uma cauda hidrofóbica (hidros – água; fobia – medo de). Na biologia todo componente que apresenta as propriedades de hidrofilia e hidrofobia ao mesmo tempo recebe o nome de molécula anfipática. Representação esquemática dos fosfolipídios. As biomembranas são formadas por uma du- pla camada de fosfolipídio. Onde, (A) molé- cula de fosfato (hidrofílica) e (B) molécula de lipídio (hidrofóbica). Proteínas de Membrana As proteínas estão inseridas na dupla camada de fosfolipídeo e podem ser classificadas em duas categorias: (a) proteínas integrais e (b) proteínas periféricas. Proteínas Integrais – também conhecidas como proteínas intrínsecas, apresentam uma ou mais porções inseridas na dupla camada. Interagem com a parte hidrofílica do fosfolipídeo e, geralmente atravessam toda a membrana. Proteínas Periféricas – Denominadas de proteínas extrínsecas, se ligam à membrana através da porção hidrofílica ou indiretamente com as proteí- nas integrais. Representação esquemática das proteínas de membranas: (A) e (B) proteínas integrais; (C) e (D) proteínas periféricas. A B A B C D
BIOLOGIA CELULAR24 UNIMES VIRTUAL Glicoproteínas São proteínas conjugadas, ou seja, uma parte de sua estrutura molecular é feita de açúcar e outra de proteína. Aparecem apenas na superfície ex- tracelular das biomembranas e podem estar associadas aos fosfolipídios quanto às proteínas integrais. Concluindo, esse esquema de membrana é válido para to- das as membranas biológicas, não só na membrana celular, mas nas membranas das organelas, das bactérias, etc. Esta representação universal ficou conhecida como mosaico fluído da mem- brana. Envie suas dúvidas e comentários!
BIOLOGIA CELULAR 25 UNIMES VIRTUAL Aula: 06 Temática: Funções das Biomembranas Hoje, nossa aula vai abordar as funções das biomembranas. Leia com atenção! Após a sua visualização e com os avanços nos métodos de estudo, pu- demos definir quais as funções das biomembranas. Aliás, as membranas biológicas desempenham atividades importantes para a manutenção do equilíbrio fisiológico das células: • Dão forma às células – nosso corpo é formado por trilhões de células, cada tecido tem uma forma diferente; o resultado dessa soma interfere na forma do órgão, a qual depende da função e posição anatômica. Pode parecer confuso, mas de maneira geral, a forma de uma célula, de um ór- gão, está intimamente relacionada com sua função. Este é um dos mais importantes conceitos que você deve ter em mente sempre! • Separam o meio interno do externo – as nossas células possuem dois compartimentos: o interno; onde estão às organelas e todas as ativida- des químicas que são responsáveis pelo funcionamento celular e o meio externo; um grande compartimento que circunda as células em cada teci- do. Aqui existe um outro conceito importante: todas as nossas células, para sobreviver, têm que interagir entre si e ao mesmo tempo com o meio externo, que chamamos de matriz extracelular. Sem essa interação a célula não tem como obter informações nem nutrientes necessários a sua sobrevivência. • Protegem o material genético - muitas pessoas dão uma grande impor- tância para o núcleo da célula, mas o que é o núcleo? É uma membrana que envolve e protege o DNA (material genético). Vamos fazer uma analo- gia: Qual é a importância de você ter um cofre se não tem dinheiro dentro dele. Mas não fiquem assustados, não estou dizendo que a membrana que envolve o DNA não tem importância, de fato, ter uma membrana protegen- do o material genético foi um dos maiores passos na evolução das células que permitiu nossa existência. • Reconhecem agentes estranhos e/ou moléculas – todos nós já ouvimos falar no sexto sentido das mulheres, certo! As células também têm um sexto sentido, que as avisam de perigos eminentes (células estranhas, bactérias, toxinas, etc.). Mas esse sentido especial é realizado por uma
BIOLOGIA CELULAR26 UNIMES VIRTUAL substância presente na superfície da membrana denominada glicocálice ou glicocálix. O glicocálice nada mais é do que as glicoproteínas de su- perfície lembram da aula passada!! Quando uma pessoa sofre um trans- plante de órgão e este é rejeitado, foi porque o glicocálice não reconheceu as células do novo órgão como sendo parte de seu próprio organismo, en- tão o sistema imunológico da pessoa é avisado para destruir o novo órgão. Pode até parecer cruel demais, mas é um sistema de defesa perfeito! • Troca de substâncias entre o meio interno e externo – como já foi dito as células interagem entre si e com a matriz. Para poder realizar esta in- teração substâncias químicas têm que, a todo momento, entrar e sair da célula. Quem permite essa troca de informação é a membrana, mas nós vamos discutir como isso é possível na próxima aula. Hoje vimos, de modo geral, algumas das funções principais das membranas biológicas. À medida que você for se apro- fundando em seu estudo dentro das Ciências Biológicas, irá descobrir que a membrana celular é uma das peças-chave do funciona- mento celular e por que não dizer, do organismo! Participe e tire suas dúvidas!
BIOLOGIA CELULAR 27 UNIMES VIRTUAL Aula: 07 Temática: Transportes Através da Membrana Na última aula nós deixamos no ar uma função das biomem- branas. E nesta aula, iremos estudar, como a membrana con- segue permitir a entrada ou saída de substâncias da célula. A membrana é uma barreira semipermeável entre o meio extracelular e o citoplasma. Sua propriedade de permeabilidade assegura que substâncias essenciais entrem facilmente na célula e que produtos do metabolismo saiam da célula. Essa capacidade de permitir a passagem de substâncias é denominada transporte através da membrana. Existem dois tipos bási- cos de transportes (1) transporte passivo e (2) transporte ativo. Antes de começarmos a detalhar os meios de transporte, devemos en- tender que a célula, para conseguir realizar determinadas funções, tem que gastar energia. É igual a um carro que precisa de combustível para funcionar. De modo semelhante, a célula tem seu próprio combustível, um composto químico chamado ATP (Adenosina Tri-Fosfato). Quando a mo- lécula de ATP é quebrada, a reação química proveniente libera energia na forma de calor que permite a célula realizar suas tarefas. Transporte Passivo Transporte passivo é aquele que ocorre sem gasto de energia, ou seja, a célula não gasta moléculas de ATP para permitir a passagem de substân- cias pela membrana. Existem dois tipos de transporte passivo: a) Difusão Simples – as substâncias a serem transportadas passam di- retamente pela bicamada de fosfolipídios. Para que ocorra o transporte, a substância em questão deve ter afinidade com lipídio. Exemplo: A testosterona ( ) é um hormônio sexual derivado do colesterol. Portan- to, é uma substância que se atravessa facilmente a membrana.
BIOLOGIA CELULAR28 UNIMES VIRTUAL b) Difusão Facilitada – outro mecanismo de transporte sem gasto de energia, onde a substância a ser transportada, passa livremente através das proteínas integrais. Nesse caso, a substância tem afinidade com água e não com lipídio. Exemplo: Alguns aminoácidos ( ) não têm afinidade com a molécula de gordura. Sendo assim, as proteínas de membrana alteram sua forma molecular, permitindo a passagem desses aminoácidos. Transporte Ativo - o transporte ativo recebe este nome, pois para que o transporte ocorra, a célula necessita quebrar ATP. Neste tipo de transporte as moléculas são transportadas contra um gradiente de concentração ou elétrico. Exemplo: No esquema acima, a células para conseguir transportar a glicose ( ) para o citosol, precisa hidrolisar (i.e. quebrar) a molécula de ATP (reação feita através da enzima ATP-ase) em ADP + P. Com a liberação do fosfato (P) a célula gera energia (na forma de calor) suficiente para mudar a forma molecular da proteína de membrana, permitindo, assim, o transporte da glicose. ATP – ase ATP ADP + P
BIOLOGIA CELULAR 29 UNIMES VIRTUAL Agora, consulte os livros indicados na bibliografia e procure a definição dos seguintes mecanismos de transporte: • Uniporte; • Contra-transporte; • Simporte. Pesquise bastante, e não deixe de participar do nosso am- biente virtual de aprendizagem.
BIOLOGIA CELULAR30 UNIMES VIRTUAL Aula: 08 Temática: Colocando em Prática Olá turma! Vamos ver se vocês são capazes de identificar as partes que compõem o microscópio de luz!
BIOLOGIA CELULAR 31 UNIMES VIRTUAL Responda as questões abaixo como se pede. IDENTIFIQUE AS ESTRUTURAS DO MICROSCÓPIO : Estrutura Nº. Nome da Estrutura 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1) QUAL É A PARTE PRINCIPAL DOS MICROSCÓPIOS? JUSTIFIQUE. ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Indicações de Leitura HORIUCHI, K.; NAITO, I.; NAKANO, K.; NAKATANI, S.; NISHIDA, K.; TAGU- CHI, T.; OHTSUKA, A. Three-dimensional ultrastructure of the brush border glycocalyx in the mouse small intestine: a high resolution scanning elec- tron microscopy study. Arch. Histol. Cytol. 68(1):51-56. 2005. Disponível em: http://www.pubmed.com LODISH, H – Biologia Celular e Molecular. Rio de Janeiro. Revinter. 4ª ed., 2002. SURPILI, M. L.; MÜLLER-RÖBER, B. WILLMITZER, L. - A yeast-based mo- del system for cloning secreted and membrane proteins. Ann. Braz. Acd. Cien. 74(4):599-608. 2002. Disponível em http://www.scielo.br/aabc
BIOLOGIA CELULAR32 UNIMES VIRTUAL Resumo - Unidade I O estudo da Biologia Celular começa com a compreensão da estrutura e funções das membranas biológicas ou celulares. Tendo sua estrutura universal e funções como transporte de substâncias torna a membrana um dos componentes mais importantes e estudados dentro das ciências biológicas. As biomembranas também de- sempenham papel crucial para o funcionamento da célula como um todo, servindo de receptores para os diversos estímulos provenientes do meio externo. Referências Bibliográficas BOLSOVER, S. R. Biologia Celular. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koo- gan. 2ªed. 2005. CARVALHO, H. F. RECCO-PIMENTEL, S. H. A célula 2001. São Paulo. Ed. Manole. 2001. DE ROBERTIS, E. M. F. Base da Biologia Celular e Molecular. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koogan. 3ª ed. 2001. JUNQUEIRA, L. C. CARNEIRO, J. Histologia Básica. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koogan. 10ª ed. 2004. Glossário • Aminoácidos – menor parte constituinte das proteínas. Existem 20 ti- pos de aminoácidos (aa) derivados da digestão das proteínas. • Anfipática – qualquer molécula que seja hidrofóbica e hidrofílica ao mesmo tempo. • ATP – abreviação do termo Adenosina Tri-Fosfato. Molécula produzida pelas mitocôndrias que dá energia para a célula realizar suas tarefas diá- rias.
BIOLOGIA CELULAR 33 UNIMES VIRTUAL • DNA – abreviação do termo Ácido Desoxirribonucléico. Material genéti- co encontrado nos seres vivos. • Enzima – uma forma especial de proteína que tem a função de catali- zador químico, ou seja, tem a propriedade de quebrar ligações químicas entre moléculas. • Hidrofílica – qualquer molécula que “goste” de água (filia = ter atração por). • Hidrofóbica – qualquer molécula que tem “medo” de água (fobia = medo de). • Matriz extracelular – meio externo as células. É composto por uma série de componentes protéicos que contribuem para o funcionamento das células. • NaCl – símbolo químico do composto cloreto de sódio (Na = sódio; Cl = cloro), conhecido também como sal de cozinha. • Tecido – conjunto de células com morfologia semelhante e que desem- penham, bascamente, a mesma função.
BIOLOGIA CELULAR34 UNIMES VIRTUAL Exercício de auto-avaliação I 1) As membranas biológicas são compostas por uma: Dupla camada de proteínas Dupla camada de glicoproteínas Dupla camada de fosfolipídeo Dupla camada de glicolipídeos 2) São funções das biomembranas, exceto: Dar forma as células Proteger o material genético Reconhecer moléculas estranhas Transporte de gases 3) A capacidade que a membrana possui de permitir a passagem de substâncias é deno- minado de: Transporte Barreira seletiva Metabolismo celular Domínio de membrana 4) O transporte através da membrana que ocorre com gasto de energia é conhecido como: Endocitose Transporte ativo Transporte passivo Fagocitose 5) Glicoproteínas são exemplos de: Lipídeos conjugados Ácidos nucléicos Proteínas conjugadas DNA a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d)
BIOLOGIA CELULAR 35 UNIMES VIRTUAL Unidade II Especializações das Biomembranas Objetivos Determinar os mecanismos que as células utilizam para se comunicar umas com as outras, mantendo o equilíbrio funcional dos tecidos. Plano de Estudo Esta unidade conta com as seguintes aulas: Aula: 09 – Endocitose e Exocitose Aula: 10 – Domínios de Membrana Aula: 11 – AMP-Cíclico Aula: 12 – Meios de Comunicação das Células Aula: 13 – Citoesqueleto Aula: 14 – Junções Intercelulares
BIOLOGIA CELULAR36 UNIMES VIRTUAL Aula: 09 Temática: Endocitose e Exocitose Olá amigos! Na aula passada, estudamos os principais meios de transporte usados pelas células. Nesta aula, va- mos complementar nosso estudo sobre os meios de trans- porte abordando dois métodos gerais para o transporte de substâncias. Exocitose A exocitose é o mecanismo pelo qual a célula elimina algum produto de dentro dela. Essa substância pode ser um hormônio, uma proteína ou um “lixo” celular, ou seja, substâncias não úteis advindas do metabolismo ce- lular. Veja abaixo um exemplo de exocitose de uma proteína. Endocitose A endocitose se refere ao processo de internalização de substância para a célula. Pode ser classificada em geral ou específica e, um outro sistema de classificação é baseado no tipo da substância a ser internalizada. Para substâncias grandes ou sólidas damos o nome de fagocitose e para subs- tâncias pequenas ou líquidas chamamos de pinocitose. M A proteína é liberada para o meio exterior e a vesícula é incorporada na membrana plasmática No ponto de contato entre as membranas ocore uma fusão Ocorre a fusão entre a membrana da vesícula e a membrana plasmática A proteína é embalada em uma vesícula de transporte 1 2 3 4
BIOLOGIA CELULAR 37 UNIMES VIRTUAL Endocitose Geral A célula pode “pegar” substâncias do meio externo para o interno. Este mecanismo de internalização é realizado quando a célula pretende absor- ver várias moléculas, diferentes ou não, do meio externo. Genericamente podemos fazer uma analogia dizendo que a endocitose é uma exocitose ao contrário. Endocitose Específica Quando a célula necessita absorver um determinado tipo de partícula do meio externo, a endocitose específica ou seletiva é a via preferencial. Veja o exemplo abaixo: Podemos concluir que independente da substância e/ou di- reção de transporte de uma substância, a membrana celular é peça fundamental para a manutenção do funcionamento da célula. Membrana plasmática 1 Local de ligação da subs- tância e invaginação da membrana 2 Separação da membrana para formação da vesícula 3 Revestimento da vesícula com a proteína clatrina Os filamentos de actina transportam a vesícula para um local específico no citoplasma 4
BIOLOGIA CELULAR38 UNIMES VIRTUAL Aula: 10 Temática: Domínios de Membrana Vamos abordar na aula de hoje, uma função especial das membranas biológicas para a manutenção do equilíbrio ce- lular. Um conceito que vocês devem sempre ter em mente, é que as células estão em comunicação constante umas com as outras, e com o meio externo, para manter o equilíbrio funcional delas mesmas e do organismo numa forma em geral. Para isso acontecer, sinais químicos chegam a todo o momento na célula e para responder ao estímulo, este tem que interagir com a membrana celular. A membrana possui proteínas especiais denominadas de receptores de membrana. Os receptores têm a função de receber um estímulo químico para que a célula possa responder ao mesmo. Para cada estímulo existe um receptor específico. Algumas drogas podem interagir com o mesmo receptor, neste caso, são chamadas de competidores. Vamos ver alguns exemplos: No exemplo acima, o estímulo é o hormônio denominado adrenalina, pro- duzido na glândula supra-renal. O receptor de membrana recebe um nome de acordo com o tipo de estímulo (neste caso o hormônio), então, deno- minamos o receptor de adrenérgico. Quando a adrenalina se liga no seu receptor adrenérgico à célula responde de acordo. Se fosse a membrana de uma célula muscular cardíaca, a resposta seria um aumento na força de contração muscular. Meio externo Meio interno adrenalina Receptor de membrana
BIOLOGIA CELULAR 39 UNIMES VIRTUAL Neste segundo exemplo, temos a ação de duas substâncias químicas competindo pelo mesmo receptor. Quando uma pessoa passa por um pro- cedimento cirúrgico, como o anestésico consegue bloquear o estímulo da dor? Ou então, quando temos uma dor de cabeça e tomamos um analgé- sico, como este consegue inibir a dor? A resposta para estas perguntas está na membrana! Os estímulos de dor ativam um sistema especial e bem complexo deno- minado de nocicepção. A nocicepção pode ser definida como sendo um sistema sensorial responsável pela experiência da dor. Um sistema com- plexo de neurônios libera uma substância que, em contato com o receptor (neste caso denominado de nociceptores) provoca a sensação da dor. A substância em questão é conhecida como substância P. Para bloquear a sensação da dor, o anestésico ou o analgésico, tem que se ligar aos nociceptores, não deixando, assim, a substância P estimular a célula. Por este motivo, dizemos que a substância P e o anestésico/analgé- sico, são competidores. Outro exemplo de competidores naturais é o álco- ol e a acetilcolina, um mensageiro químico que faz os músculos estriados esqueléticos se contraírem. Por isso uma pessoa que bebe além da conta tem seus reflexos retardados, pois ao invés da acetilcolina se encaixar nos receptores (colinérgicos), a molécula de álcool se encaixa primeiro, deixando o estímulo para a contração fraco. Podemos concluir que a membrana celular é, sem dúvida, peça chave para a célula responder aos estímulos do meio externo, possibilitando a interação entre os diversos tipos de células do organismo. Até a próxima aula! Meio externo Meio interno Substância P Receptor de membrana anestésico
BIOLOGIA CELULAR40 UNIMES VIRTUAL Aula: 11 Temática: AMP-Cíclico Olá turma! Hoje vamos descrever um processo especial que ocorre a partir da membrana celular. Estas reações permi- tem a célula responder a estímulos pequenos, e com isso garantir com que a célula estimulada possa realizar suas funções. Sistema AMP-c Também conhecido como sistema de segundo mensageiro, utiliza um sis- tema de reação química em cascata através de um composto químico denominado Adenosina Mono Fosfato ou AMP. O AMP é derivado da quebra do ATP, sendo retirado destas duas moléculas de fosfato, formando assim, o monofosfato de adenosina. Um exemplo clássico da utilização do sistema de segundo mensageiro é quando a célula é estimulada a absorver glico- se. Vejamos como ocorre: A figura 01 mostra o detalhe da membrana celular da célula hepática. A célula hepática tem a capacidade de armazenar grandes quantidades de glicose. O estímulo para que isso acontece vem através de um hormônio produzido e liberado pelo pâncreas, a insulina. Para gerar o sistema de segundo mensageiro a insulina deve se ligar a seu receptor (receptor insu- línico) de membrana. glicoseinsulina Figura 1 Repositor insulínico
BIOLOGIA CELULAR 41 UNIMES VIRTUAL A figura 02 mostra o momento de ligação entre a insulina e seu receptor. A reação resultante produz uma proteína na face citoplasmática da mem- brana denominada adenilciclase (estrela azul). Logo após que a adenilciclase é produzida ela migra para o interior do citoplasma onde, então, tem início uma cascata de reações químicas que, ao final, fazem com que a célula abra uma porta de entrada na membrana para a glicose ser internalizada. Podemos concluir que o sistema de AMP-c é de grande uti- lidade para a célula, pois mesmo em concentrações peque- nas de insulina, o estimulo final é amplificado, permitindo que assim, a célula absorva glicose. E vale lembrar também que sem in- sulina a célula não pode fazer o mecanismo da cascata, então a insulina continua sendo a chave principal para a internalização da glicose. Participe de espaço interativo e esclareça suas dúvidas! Figura 2 ATP – ase ATP AMP+2P
BIOLOGIA CELULAR42 UNIMES VIRTUAL Aula: 12 Temática: Meios de Comunicação das Células Em nossa aula abordaremos um assunto extremamente im- portante para o funcionamento das células. Ao contrário do que a maioria das pessoas pensam, todas as nossas células estão em constante contato umas com as outras para garantir um ambien- te funcional perfeito. A maior parte das atividades básicas que as células realizam, tais como: diferenciação, multiplicação, secreção, contração, movimentação e até mesmo a morte, depende de um estímulo, proveniente de outras células. Dependendo do estímulo a célula responde realizando uma tarefa em par- ticular. O ato de estimular as células através da membrana é chamado de indução e, é realizada por substâncias denominadas indutoras. O indutor atua so- bre uma célula-alvo (que recebe o estímulo) através de um receptor (nor- malmente uma proteína de membrana). Fazendo uma analogia, o receptor funciona como uma fechadura e o indutor como a chave; sendo assim, cada receptor é específico para um indutor diferente. Existem dois tipos básicos de indução: a) indução local, feita através de três mecanismos: parácrina, autócrina e contato direto; b) indução à distância ou neuroendócrina. Comunicação Local – Parácrina O termo parácrina deriva do grego pará = contigüidade e crina = secre- ção. Neste tipo de comunicação a substância indutora é produzida por uma célula que está próxima à célula-alvo. Célula indutora indutor Célula - alvo
BIOLOGIA CELULAR 43 UNIMES VIRTUAL Comunicação Local – Autócrina Na comunicação autócrina (gr. auto = a si próprio) além da substância indutora atingir a célula-alvo, a própria célula que produziu a substância indutora é estimulada também. Comunicação Local – Contato Direto Como o nome já diz, para que haja o estímulo, a célula indutora encosta no receptor da célula-alvo com a substância indutora. Este tipo de comunica- ção é a mais simples e mais antiga forma de comunicação celular. Comunicação Neuroendócrina Sem dúvida este é um tipo especial de comunicação celular e só foi possí- vel com a evolução do sistema nervoso. Nós possuímos alguns neurônios (células nervosas) que têm a função de produzir hormônios. Estes neurô- nios são chamados de células neuroendócrinas e atuam num complexo sistema de controle das funções do organismo a longas distâncias. Neste caso, a substância indutora é liberada dentro da corrente sanguínea e é levada com o sangue até a célula-alvo. Agora é a sua vez... Procure na bibliografia, dois tipos de induções especiais que as células utilizam: através do AMP-cíclico e através da proteína G. Célula indutora indutor Célula - alvo Auto - indução
BIOLOGIA CELULAR44 UNIMES VIRTUAL Aula: 13 Temática: Citoesqueleto Dando continuidade a nossa unidade, veremos a seguir as estruturas que dão estrutura às células, contribuindo, assim, para seu funcionamento. Como já foi dito na unidade I, a membrana dá forma às células, mas ela não realiza essa função sozinha; para tal, a célula necessita de filamentos e armações para adquirir uma forma específica. Nossas células possuem uma armação (formada por proteínas) espalhada pelo citoplasma a qual recebeu o nome de citoesqueleto. Fazendo uma analogia, o citoesqueleto seria as varetas que mantêm seu guarda-chuva aberto. Em nosso caso, o citoesqueleto dá forma à célula. Mas esta é apenas uma das funções em comum do citoesqueleto. Os componentes protéicos do citoesqueleto podem ser divididos em três gru- pos: (a) microfilamentos ou filamentos de actina, (b) filamentos interme- diários e (c) Microtúbulos ou filamentos grossos. Além desses grupos de proteínas, temos um outro conjunto denominado de proteínas acessórias que dão assistências ao citoesqueleto. Embora estejam presentes em todas as células de eucariotos, a quanti- dade e distribuição dos componentes do citoesqueleto diferem de célula para célula. Microfilamentos Também conhecidos como filamentos finos ou filamentos de actina, são estruturas compostas por uma proteína chamada actina, a qual foi iden- tificada pela primeira vez nas células musculares, mas que está presente em todas as células. Possuem diâmetro de 7 a 9nm, são bem flexíveis, contráteis, associam-se em feixes e raramente são encontrados isoladamente. A actina é um po- límero (estrutura formada pela associação de várias moléculas) podendo ser formado em qualquer parte do citoplasma.
BIOLOGIA CELULAR 45 UNIMES VIRTUAL São funções dos microfilamentos: • Forma das células; • Formação do cinturão de adesão (será discutido na próxima aula); • Transporte de organelas; • Movimentação de células; • Participa da citocinese (será discutido na unidade IV); • Participam da contração muscular. Filamentos Intermediários O diâmetro dos filamentos intermediários varia de 9 a 10 nm. A composi- ção química, distribuição e morfologia dos filamentos intermediários são amplas, por isso, são agrupados em seis classes: 1) laminofilamentos 2) filamentos de queratina 3) filamentos de vimentina, 4) filamentos e desmina, 5) filamentos gliais 6) neurofilamentos. Todos os filamentos intermediários apresentam a mesma organização es- trutural, são polímeros cujos monômeros são proteínas que apresentam uma estrutura fibrosa, o que os diferencia dos filamentos grossos e dos microfilamentos, que possuem estrutura globular. Funções dos Filamentos Intermediários • Formam redes que conectam a membrana plasmática com o envoltório nuclear; • Contribuem para a manutenção da forma celular; • Estabelecem as posições das organelas no citosol; • Função mecânica, por isso, são mais desenvolvidos nas células sujeitas às grandes tensões.
BIOLOGIA CELULAR46 UNIMES VIRTUAL Laminofilamentos – apoiada na superfície interna do núcleo, existe uma fina malha de filamentos intermediários. É responsável pela forma e resis- tência do envoltório nuclear. Filamentos de queratina – encontram-se nas células epiteliais, particular- mente na epiderme e seus derivados, nas glândulas e nas mucosas. Está associada a junções intercelulares com as quais formam emaranhados filamentosos unindo as células epiteliais, o que confere a estas grande parte de sua resistência à tração. Filamentos de vimentina – localizam-se nas células de origem mesodér- mica, nos fibroblastos, células endoteliais, células sanguíneas, etc. Filamentos de desmina – são encontradas nas células musculares estria- das ou não-estriadas. Filamentos gliais – encontram-se nos astrócitos e nos oligodendrócitos do sistema nervoso periférico. Neurofilamentos – são os principais filamentos estruturais dos neurônios. No axônio formam um emaranhado conferindo a este muita resistência. Filamentos Grossos ou Microtúbulos São filamentos presentes em quase todas as células de eucariotos, medem cerca de 22 a 24 nm de diâmetro. Caracterizam-se pelo seu aspecto tubu- lar e por serem notavelmente retilíneos e uniformes. São compostos por unidades protéicas chamadas tubulinas. De acordo com sua localização são classificados em: citoplasmáticos, mitóticos, ciliares e centriolares. Funções dos Microtúbulos • Fazem o transporte de organelas e macromoléculas; • Contribuem para a forma celular; • Movimentam os cromossomos durante a divisão celular (microtúbulos mitóticos); • Formam os cílios e flagelos responsáveis pela movimentação celular (microtúbulos ciliares); • Formam os centríolos.
BIOLOGIA CELULAR 47 UNIMES VIRTUAL Proteínas Acessórias ao Citoesqueleto • Proteínas Reguladoras – controlam os processos de alongamento e re- dução dos filamentos do citoesqueleto; • Proteínas de Associação – conectam os filamentos do citoesqueleto entre si, ou com outros componentes das células; • Proteínas Motoras – servem para transporte de organelas ou macromo- léculas de um ponto a outro do citosol. Gostou da aula? Então envie suas dúvidas e comentários!
BIOLOGIA CELULAR48 UNIMES VIRTUAL Aula: 14 Temática: Junções Intercelulares Olá... Em nossa aula, discutiremos as estruturas que man- têm as células unidas formando um bloco de sustentação. Essas importantes junções estão presentes principalmente no tecido epitelial. Nosso organismo é formado por níveis de organização, da mesma forma que você teve que cursar o ensino infantil, fundamental, médio para chegar até o ensino superior, nossas células se organizam em diferentes grupos para formar nosso organismo. Quando as células se agrupam formam tecidos, que se agrupam formando os órgãos, que se agrupam formando os sistemas, que, finalmente, se agrupam formando o organismo. Um tipo especial de tecido é o epitelial, que apresenta células bem próximas umas das outras com a finalidade de proteção física contra agentes externos. Mas a questão agora não é dis- cutir sobre tecidos, mesmo porque vocês terão uma disciplina para isso. O importante é saber que as junções são encontradas em células que estão bem próximas umas das outras e, só se mantêm desse jeito devido às junções intercelulares. As membranas de algumas células se modificam para mantê-las unidas, atuar como barreiras, facilitar a troca de substâncias e permitir a comuni- cação intercelular. Os complexos juncionais são formados pelos seguintes componentes: junção de oclusão, junção de adesão, desmossoma, hemi- desmossoma e junção comunicante. Junção de Oclusão – também conhecida como zônula ocludens, é o com- ponente mais comum. As membranas das células adjacentes se fundem, com a resultante obstrução do espaço intercelular. Pode ser observada uma condensação do citoplasma em ambos os lados. A função desta jun- ção é formar uma barreira protetora, e selecionar substâncias do meio externo. Junção de Adesão – ou também chamada de zônula adherens, caracteri- za-se pela justaposição das membranas adjacentes, mas estas não estão fundidas por completo e sim separadas por um espaço preenchido por material glicoprotéico (açúcar + proteína), o qual age como uma cola.
BIOLOGIA CELULAR 49 UNIMES VIRTUAL Desmossoma e hemidesmossoma – estão espalhados pela membrana de forma descontínua. O lado citoplasmático da membrana está forma- do por um acúmulo de filamentos do citoesqueleto. Os desmossomas se localizam na parte lateral da membrana enquanto os hemidesmossomas (metade de um desmossoma; hemi = metade) são encontrados na base da célula. Junção Comunicante – recebem também o nome de junção GAP ou néxon, assemelha-se a junção de oclusão, mas tem a forma hexagonal e a membrana contém poros (buracos) que permite a passagem de substân- cias de uma célula para outra. Normalmente, encontramos as junções do tipo GAP nas células musculares cardíacas, que neste tecido, servem para distribuir a corrente elétrica que faz com que o coração possa bater. A seta representa o desmossoma unindo duas células. Cada barra está de um lado da membrana de cada célula A seta representa o hemides- mossoma. (A) é o meio extra- celular e em (B) temos a parte basal da célula. Podemos concluir, ressaltado que a importância das junções intercelulares reside no fato de que são estruturas respon- sáveis pela resistência à tração protegendo o tecido contra abrasões. Faça um teste! Puxe sua pele o máximo que puder. Você conse- guiu arrancar um pedaço da sua pele? Não! Bom, isso é porque centenas de células estão conectadas umas nas outras e ao mesmo tempo ancora-
BIOLOGIA CELULAR50 UNIMES VIRTUAL das em tecidos mais profundos, não deixando assim, o tecido arrebentar. Até a próxima aula! Indicações de Leitura IVANOV, A. I.; McCALL, I. C.; BABBIN, B.; SAMARIN, S. N.; NUSRAT, A.; PARKOS, A. A. Microtubules regulate disassembly of epithelial apical junctions. BMC Cell Biol. 7:12-31, 2006. Disponível em http://www.bio- medcentral.com/1471-2121/7/12 MÜNTER, S.; ENNINGA, J.; VAZQUEZ-MARTINEZ, R.; DELBARRE, E.; DI- VID-WATINE, B.; NEHRBASS, U.; SHORTE, S. L. – Actin polymerization at the cytoplasmic face of eukaryotic nuclei. BMC Cell Biol. 7:23-36, 2006. Disponível em: http://www.biomedcentral.com/1471-2121/7/23 DE ROBERTIS, E. M. F. Base da Biologia Celular e Molecular. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koogan. 3ª ed. 2001.
BIOLOGIA CELULAR 51 UNIMES VIRTUAL Resumo - Unidade II As células estão em constante comunicação umas com as outras a fim de realizarem suas funções básicas. O ato de trocarem estímulos químicos permite as células sua sobre- vivência dentro do seu microambiente. Para proporcionar uma estrutura coesa ao tecido, as células, em particular as do tecido epitelial, muscu- lares, apresentam especializações de membrana, responsáveis por uma serie de funções tanto estruturais quanto motoras. A manutenção destas estruturas é fundamental para a fisiologia celular. Referências Bibliográficas BOLSOVER, S. R. Biologia Celular. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koo- gan. 2ªed. 2005. CARVALHO, H. F. RECCO-PIMENTEL, S. H. A célula 2001. São Paulo. Ed. Manole. 2001. DE ROBERTIS, E. M. F. Base da Biologia Celular e Molecular. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koogan. 3ª ed. 2001. JUNQUEIRA, L. C. CARNEIRO, J. Histologia Básica. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koogan. 10ª ed. 2004. Glossário • AMP-cíclico – composto químico proveniente da quebra do ATP, cuja função é potencializar um estímulo químico. • Centríolo – organela presente em par na célula. Responsável pela movi- mentação dos cromossomos durante a divisão celular. • Citoesqueleto – conjunto de filamentos protéicos que desempenham funções estruturais nas células. • Cromossomos – filamento de DNA totalmente enrolado sobre ele mesmo.
BIOLOGIA CELULAR52 UNIMES VIRTUAL Exercício de auto-avaliação II 1) São exemplos de comunicação local: Parácrina, autócrina e indutoras Contato direto, autócrina e parácrina Indutoras, contato direto e autócrina Autócrina, neuroendócrina e parácrina 2) São funções do citoesqueleto, exceto: Dar forma às células Transporte de organelas Função mecânica reconhecimento de moléculas 3) “Possuem diâmetro de 7 a 9nm, flexíveis, contráteis e associam-se e feixes”, são ca- racterísticas que qual componente do citoesqueleto? Filamentos intermediários Filamentos de queratina Filamentos finos Filamentos de vimentina 4) Qual das junções abaixo só é encontrada na membrana basal da célula? Junção de oclusão Junções de adesão Mácula adherens Hemidesmossoma 5) Permitir a passagem de substâncias de uma célula para outra é função de qual junção intercelular? Desmossoma Junção comunicante Hemidesmossoma Junção de Adesão a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d)
BIOLOGIA CELULAR 53 UNIMES VIRTUAL Unidade III Elementos Subcelulares – As Organelas Objetivos Reconhecer a estrutura e funções dos elementos subcelulares e relacionar sua importância para a homeostase celular. Plano de Ensino Esta unidade conta com as seguintes aulas: Aula: 15 – Retículo Endoplasmático Aula: 16 – Complexo Golgiense Aula: 17 – Lisossomas Aula: 18 – Mitocôndrias Aula: 19 – Estudo da Organização Geral da Célula Aula: 20 – Tipos Celulares
BIOLOGIA CELULAR54 UNIMES VIRTUAL Aula: 15 Temática: Retículo Endoplasmático - RE Nesta unidade, vamos dar início a partir desta aula ao es- tudo das organelas ou elementos subcelulares. A primeira organela que estudaremos é o Retículo Endoplasmático. Existem dois tipos de Retículo Endoplasmático, cada um desempenhando funções específicas dentro da célula, mas uma função é comum a essas organelas: o transporte de substâncias ao longo do citoplasma. São clas- sificados em: (a) Retículo Endoplasmático Granular (REG) e (2) Retículo Endoplasmático Agranular (REA). Retículo Endoplasmático Granular - REG O REG é um conjunto de tubos ocos encontrados no citoplasma, estando em associação com a membrana plasmática e com o REA. De acordo com estudos sobre a evolução das células, as primeiras que surgiram no planeta, por serem muito simples (chamadas de procariotas), apresentavam seu material genético desprotegido dentro do citoplasma. Isso representava um perigo constante, pois qualquer agressão que estas células sofressem poderia danificar o material genético. Um importante passo para evolução das células foi o surgimento de uma organela que por processo de invaginação foi aos poucos cercando o ma- terial genético, isolando-o do citoplasma e protegendo-o de agressões. Esta organela foi o retículo endoplasmático granular, mas devido ao fato de uma parte deste ser destinada a proteção do material genético, foi criada uma nomenclatura específica, sendo chamado de núcleo. Portanto, o nú- cleo das células nada mais é do que um REG que tem a função principal de envolver o material genético. Mas abordaremos a função do núcleo mais adiante. O REG recebe este nome devido à presença de pequenos grânulos aderi- dos em sua membrana chamados de ribossomos. O REG tem a função de síntese de proteínas destinadas à exportação, ou seja, proteínas que não vão ser utilizadas pela célula que a produz, mas por outras células.
BIOLOGIA CELULAR 55 UNIMES VIRTUAL Retículo Endoplasmático Agranular - REA O REA também é um conjunto de tubos ocos, espelhados pelo citoplasma, com a diferença de ser um tubo liso, não apresentando os ribossomos em sua superfície externa. Realiza dois tipos de funções distintas: síntese de lipídeos e a desintoxicação de substâncias. A síntese de lipídeos é destinada à formação de hormônios que possuem como matéria-prima a molécula de colesterol. Por exemplo: os hormônios sexuais são classificados como sendo hormônios esteróides. Quando você absorve o colesterol proveniente da digestão das gorduras, este é direcio- nado para células que terão como função montar os hormônios sexuais; no homem esta célula é chamada de Leydig e na mulher existem duas células a folicular e a da teca interna. Todas estas células possuem um citoplasma repleto de REA. Assim conseguem produzir testosterona (hormônio masculino) e estro- gênios e progestágenos (hormônios femininos). Em relação à segunda função, compostos químicos tóxicos não podem circular pelo sangue ou serem mandados direto ao rim para serem filtrados. Então, antes que isso aconteça nas células hepáticas, ricas em REA, acontece a desintoxicação, que nada mais é do que a transformação de substâncias agressivas em compostos menos agressivos. Podemos citar o exemplo da amônia um composto altamente tóxico produzida no final da digestão. No REA a amô- nia é quebrada em uréia e ácido úrico que são eliminadas do organismo pela urina. O ácido úrico também é excretado pelo suor. Fotomicrografia Eletrônica de um plasmócito evidenciando a grande quan- tidade de REG no citoplasma (seta) e N (núcleo).
BIOLOGIA CELULAR56 UNIMES VIRTUAL Fotomicrografia Eletrônica da célula de Leydig de camundongo evidencian- do a grande quantidade de REA (setas), M (mitocôndrias) e N (núcleo). Podemos concluir que dependendo da função da célula te- remos uma quantidade maior de REG ou REA. Mas de um modo geral encontraremos com mais freqüência nas células o REG em comparação ao REA, pois este realiza funções mais específicas. O que achou da aula? Nos envie suas dúvidas e sugestões!
BIOLOGIA CELULAR 57 UNIMES VIRTUAL Aula: 16 Temática: Complexo Golgiense - CG Daremos continuidade à exploração dos elementos subcelu- lares. O assunto desta aula será o Complexo Golgiense, orga- nela que está associada ao REG em uma de suas funções. O Complexo Golgiense recebeu este nome em homenagem a seu desco- bridor, um grande pesquisador de seu tempo e ganhador do Prêmio Nobel de Medicina em 1906, o Italiano Camillo Golgi. Golgi evidenciou esta orga- nela muito antes de ser realmente observada pela primeira vez através da microscopia eletrônica. O Complexo Golgiense é um conjunto de sáculos ocos e achatados, re- vestidos por membrana, com no mínimo 3 e no máximo 9 sáculos. Sua localização no citoplasma é, geralmente, próxima ao núcleo. Ao redor do complexo podem ser vistas vesículas denominadas de transporte. O CG realiza três funções básicas: a) modificação das proteínas; b) produção de lisossomas e c) produção do acrossoma. a) Modificação das Proteínas Uma das funções mais importantes do complexo Golgiense é na modifica- ção da estrutura das proteínas. Dependendo da necessidade do organismo podemos ter a produção de dois tipos especiais de proteínas: as glicopro- teínas e as lipoproteínas. A primeira é o complexo protéico mais açúcar e a segunda é o complexo protéico mais gordura. O primeiro estágio é a montagem da proteína no REG, logo após a proteína é lançada no CG que vai adicionando a estrutura da proteína outras substâncias. b) Lisossomas Os lisossomas são vesículas de transporte modificadas para função de digestão celular (ver adiante). Têm, normalmente, forma esférica e são constituídas por enzimas digestivas. São encontrados em células de defe- sa do organismo. c) Acrossoma O acrossoma é um tipo especial de lisossoma. Tem a mesma função de di- gestão celular, porém é encontrado somente nas células sexuais masculi-
BIOLOGIA CELULAR58 UNIMES VIRTUAL nas (os espermatozóides). O acrossoma ajuda no processo de fecundação, quando os espermatozóides têm que destruir as camadas protetoras que circundam o ovócito. O acrossoma possui forma parecida a um capuz e se encontra a cima do núcleo. O Complexo Golgiense apresenta duas faces ou duas extremidades. Uma extremidade é mais convexa e está voltada para o núcleo da célula e, é denominada face cis; é por esta face que as proteínas a serem modificadas entram no CG. A segunda face, denominada face trans é mais côncava e é o local de saída da proteína, a qual depois de modificada, deixa o interior do CG embalada em uma vesícula de transporte. Podemos concluir que dependendo da função que a célula exercer, o CG pode estar mais ou menos desenvolvido, ou seja, estará em maior número e apresentará mais sáculos nas células com produção de proteínas conjugadas como é o exemplo das células produtoras de muco na traquéia. O muco é uma glicoproteína que lubrifica a parede interna da traquéia. Participe do espaço interativo e esclareça suas dúvidas e comentários.
BIOLOGIA CELULAR 59 UNIMES VIRTUAL Aula: 17 Temática: Lisossomas Olá amigos! Continuando nossa aula sobre elementos sub- celulares, abordaremos hoje uma importante organela que está presente nas células de defesa do nosso organismo. Vamos lá! Como visto na aula anterior, os lisossomas são organelas derivadas do Complexo Golgiense, possuem forma esférica e podem ser divididos em dois tipos: a) lisossomas primários e b) lisossomas secundários. Os li- sossomas possuem três funções básicas: digestão intracelular, digestão extracelular e autofagia. Os lisossomas são classificados em primário ou secundário de acordo com sua ação, ou seja, primários são aqueles que ainda não foram utili- zados pelas células; possuem conteúdo distribuído de forma homogênea, geralmente de coloração escura. Os lisossomas secundários, por outro lado, já foram utilizados pelas células, possuindo material heterogêneo, geralmente, de coloração mais clara. Digestão Intracelular Algumas células de defesa do organismo, como por exemplo, os macrófa- gos, possuem vários lisossomas em seu citoplasma. Quando uma bactéria penetra no organismo, o sistema de defesa é ativado, mandando para o local da infecção a primeira linha de defesa, que são os macrófagos e os neutrófilos. Após as células de defesa internalizar as bactérias em um processo deno- minado de fagocitose, estas são mandadas para o citoplasma da célula revestidas por uma parte da membrana da própria célula; uma vez dentro da célula, a bactéria que está revestida por membrana é chamada de fa- gossoma. Os lisossomas, agora, aproximam-se do fagossoma e despejam suas enzi- mas dentro do fagossoma, no intuito de destruir as bactérias. Digestão Extracelular Para poder explicar o processo de digestão extracelular vamos dar o se- guinte exemplo: Quando uma pessoa procura um dentista para usar um
BIOLOGIA CELULAR60 UNIMES VIRTUAL aparelho ortodôntico. Você já se perguntou como funciona? Mas não vale responder que é para ajustar a dentição ou para diminuir um espaço entre os dentes. A pergunta é: você conhece como ocorre o mecanismo biológi- co que permite o aparelho ortodôntico diminuir o espaço entre os dentes? Não! Ora, então vamos aprender..... A maior alegria dos ortodontistas é apertar o aparelho na boca do pacien- te! Mas qual a razão desta tortura? Quando o dentista aperta o aparelho, ele provoca uma força de tração. Esta força estimula uma célula do teci- do ósseo denominada osteoclasto. O dente fica preso em uma estrutura óssea na maxila inferior chamada de alvéolo. Para que o dente consiga se mover, conforme a direção da tração, o osteoclasto tem que quebrar a matriz extracelular, que no tecido ósseo é dura e constituída por cristais de hidroxiapatita. Para quebrar os cristais de hidroxiapatita, os lisossomas presentes no osteoclasto liberam suas enzimas em cima da matriz óssea tornando-a maleável. Como a ação dos lisossomas está sendo feita fora da célula, denominamos de digestão extracelular. Agora com o osso “mole”, a força de tração consegue empurrar o dente para sua posição correta. Autofagia A autofagia é um mecanismo de reciclagem dentro das células. A palavra deriva do grego autos = a si próprio e fagia = comer. Então, traduzindo, temos um processo de “comer partes da própria célula”. Quando temos organelas velhas, a célula tem que substituir por outras no- vas, por que estas já não realizam suas funções de forma adequada. Mas o que fazer com a organela antiga? O lisossoma, nestes casos, engloba a organela e a destrói com suas enzimas, fazendo uma reciclagem dentro da célula. Fotomicrografia Eletrônica de um eosinófilo. Os grânulos escuros de for- mato mais arredondado são os lisossomas.
BIOLOGIA CELULAR 61 UNIMES VIRTUAL Concluímos que os lisossomas são elementos importantes para a defesa do organismo, pois com suas enzimas, conse- guem quebrar quase qualquer substância orgânica conhe- cida. Cada lisossoma pode apresentar mais de 100 tipos diferentes de enzimas. Vamos lá! Argumente em nosso espaço interativo!
BIOLOGIA CELULAR62 UNIMES VIRTUAL Aula: 18 Temática: Mitocôndria Hoje vamos estudar uma das mais importantes organelas. Sua função faz com que as células consigam produzir ener- gia necessária para realizar suas atividades diárias... A mitocôndria apresenta a mais controversa história em relação a sua origem. De acordo com as teorias existentes a mitocôndria teria sido a milhões de anos, uma bactéria de vida livre que teria sido fagocitada por uma célula primitiva. Só que, ao invés de ser destruída houve uma relação de simbiose, ou seja, de ajuda mútua entre a bactéria e a célula, na qual resultou com a evolução a organela conhecida como mitocôndria. Essa é a teoria mais aceita pelo fato de que a mitocôndria possui dupla membrana (quando uma substância é fagocitada, ela é internalizada reves- tida por um pedaço da membrana da célula) e possui seu próprio DNA, que é totalmente diferente do DNA nuclear. Existem dois tipos morfológicos de mitocôndrias: uma é mais alongada e a outra mais arredondada. A primeira é mais amplamente distribuída do que a segunda, pois esta apresenta função mais específica. Abaixo veja um esquema representando a mitocôndria: A função básica da mitocôndria é a produção de energia na forma de ATP.
BIOLOGIA CELULAR 63 UNIMES VIRTUAL Produção de ATP O ATP (Adenosina Tri-Fosfato) é uma molécula produzida através do ciclo de Krebs (também chamado de ciclo do ácido cítrico), que ocorre em sua primeira etapa dentro da matriz mitocôndrica e em uma etapa posterior na membrana interna. O ATP funciona como “combustível” para célula; a maioria das reações químicas ocorre devido à quebra do ATP. Esta reação de quebra é mediada por uma enzima denominada de ATP-ase, a qual separa uma molécula de fosfato do grupo, originando ADP+Pi (adenosina di-fosfato + fosfato inorgânico). Quando esta reação acontece é liberada energia sob forma de calor para que a célula reaja a um determinado es- tímulo. A matéria-prima usada para a produção de ATP é a glicose derivada dos carboidratos ingeridos. Outra forma de produção de ATP é quando utiliza- mos aminoácidos (derivados das proteínas) e ácidos graxos (derivados das gorduras), este processo é conhecido como gliconeogênese e é rea- lizado na ausência dos carboidratos. O DNA Mitocondrial (DNA-mt) ODNA-mtétotalmentediferentedoDNAnuclear,possuiduplahélicecircular, com número variado de moléculas por mitocôndria. A herança mitocondrial é estritamente materna, ou seja, somente as mitocôndrias existentes nos ovócitos são passadas paras os descendentes. O DNA-mt codifica proteínas necessárias à produção de ATP, RNA ribossômicos e transportadores. Com o acúmulo de radicais livres as mitocôndrias vão perdendo suas fun- ções, o que resulta na diminuição da produção de ATP. Em conseqüência a falta de ATP nas células, temos o envelhecimento do tecido. A fala de energia para as células pode acarretar em outras doenças, principalmente de sistema nervoso, coração, músculos e rins. Como pudemos ver, a mitocôndria realiza uma função de extrema importância não só para a fisiologia celular, mas também para o bom funcionamento do corpo humano. Não esqueça de tirar suas dúvidas em nosso espaço interativo.
BIOLOGIA CELULAR64 UNIMES VIRTUAL Aula: 19 Temática: Estudo da Organização Geral da Célula ao Microscópio Eletrônico de Transmissão Procure na Internet ou em livros de Biologia Celular fotos de células e tente seguir os passos abaixo para identificação das organelas. 1) Identifique a(s) célula(s) ou parte(s) de célula(s) presente(s) na mi- crografia. 2) Identifique o(s) núcleo(s) • Se estiverem presentes na micrografia (plano de corte) • Representam um ponto de partida e, • Uma referência no que diz respeito ao tamanho das outras organelas. 3) Identifique a membrana plasmática • Siga seu percurso, definindo, portanto, seus limites celulares • Preste atenção ao plano de corte • Planos oblíquos fazem com que se tenha maior dificuldade na sua visu- alização 4) Identifique as organelas • Inicialmente – Mitocôndrias Posteriormente: • Realize o exame detalhado do RE e de outras organelas • Observe as proporções relativas das outras organelas • Explore os aspectos que podem ser deduzidos sobre sua função celular
BIOLOGIA CELULAR 65 UNIMES VIRTUAL A) Explorando a Membrana Plasmática • Interface dinâmica entre o meio interno da célula e os diversos ambien- tes externos Note: • Células adjacentes • Espaços intercelulares • Pólos apicais e basais • Adesão célula - célula ou célula - outras estruturas do meio intercelular • Ocorrência de vesículas de endocitose e/ou exocitose B) Explorando o Núcleo • Maior organela da célula Note: • Nucleoplasma = matriz ou conteúdo nuclear • Envoltório nuclear = sistema de membranas que envolvem o núcleo C) Explorando o Citoplasma Note: • Grande variedade de organelas. Retículo Endoplasmático (RE) • Amplo sistema de membranas formado por túbulos, sáculos e cisternas achatadas, distribuído por todo o citoplasma.
BIOLOGIA CELULAR66 UNIMES VIRTUAL Complexo Golgiense • Sistema de estruturas membranosas saculares (3-7), que se encontra com maior freqüência próximo ao núcleo. Mitocôndrias • Organelas que possuem dupla unidade de membrana. Uma externa lisa e outra interna pregueada na forma de estruturas em prateleiras ou digiti- forme. Vesículas Citoplasmáticas • Além das principais organelas, existem no citoplasma uma variedade de estruturas envolvidas por membranas. • Lisossomos • Peroxissomos Grânulos Citoplasmáticos • Grânulos de secreção exócrina • Grânulos de neuro – secreção e hormônios • Grânulos de melanina • Outros pigmentos citoplasmáticos IMPORTANTE • Os sistemas membranosos têm o papel biofísico de isolar compartimentos. • Compartimentos envolvidos por membrana se constituem em ambiente bioquímico específico. • As membranas incorporam sistemas enzimáticos, e são, elas mesmas, locais onde se processam reações bioquímicas específicas.
BIOLOGIA CELULAR 67 UNIMES VIRTUAL Citosol • Meio fluído no qual estão distribuídas as organelas e também onde ocor- re boa parte do metabolismo intermediário da célula. Note: • A trama de microfilamentos e microtúbulos = citoesqueleto • Suporte estrutural para a célula e suas organelas • Suporte dinâmico para a movimentação celular e intracelular Obs.: • Os elementos do citoesqueleto são visíveis individualmente em micros- cópios com grande poder de resolução, com o emprego de preparações adequadas e aumentos médios ou grandes. D) O Núcleo Componentes do Nucleoplasma • DNA = ± 20% da massa total • RNA = menor componente (m-RNA, r-RNA e r-RNA) Aspectos ultra-estruturais do Núcleo Interfásico • Possui cromossomos parcial ou totalmente desespiralizado • A cromatina apresenta áreas elétron-densas e elétron-lucentes • Áreas elétron-densas = heterocromatina • Grumos distribuídos pela periferia do núcleo e irregularmente pelo cito- plasma • No sexo feminino corresponde a um dos cromossomos X, quiescente e equivalente ao cromossomo Y do sexo masculino • Áreas elétron-lucentes = eurocromatina • Parte do DNA que está sendo transcrito em RNA
BIOLOGIA CELULAR68 UNIMES VIRTUAL Nucléolo • sítio de síntese de RNA e organização das sub-unidades dos ribosso- mos (r-RNA / ribonucleoproteínas) • áreas elétron-lucentes = local da transcrição DNA r-RNA • áreas elétron-densas = local de organização das sub-unidades • numerosos = células que sintetizam proteínas ativamente • pouco/ausentes = células quiescentes/indiferenciadas Envoltório Nuclear • Porção especializada do RE que envolve o núcleo • Duas unidades de membranas separadas pelo espaço perinuclear, con- tínuo com o lúmem do RE • A unidade externa é pontilhada por ribossomos • A unidade interna se apóia na trama de filamentos intermediários de lâmina • A trama formada pela lâmina, cromatina e nucléolo correspondem ao citoesqueleto nuclear Poros Nucleares • Estrutura que permite o transito de metabólicos, macromoléculas, e sub- unidades dos ribossomos, entre o núcleo e o citoplasma • Local onde as unidades de membrana do envoltório nuclear se mostram contínuas Se você estiver com alguma dúvida, não deixe de nos per- guntar.
BIOLOGIA CELULAR 69 UNIMES VIRTUAL Aula: 20 Temática: Identificação de Tipos Celulares Olá turma. Veja os exemplos a seguir e então procure na Internet fotos de microscopia eletrônica e tente classificar as células baseando-se em suas organelas. Boa Sorte! A) Célula que sintetiza proteína e não segrega • Exemplo = Eritroblasto • Características = núcleo grande, citoplasma constituído principalmente por polissomas, ausência de REG, lisossomas, microtúbulos e microfila- mentos, poucas mitocôndrias. B) Célula que sintetiza, segrega e exporta proteínas • Exemplo = Plasmócito • Características = o citoplasma apresenta sua maior parte constituída por REG, o complexo golgiense é desenvolvido e não existem habitualmen- te nessas células grânulos de secreção, pois não ocorre o acúmulo de seu produto. C) Célula que sintetiza proteína que é segregada do citoplasma e se transforma em grânulos separados por membrana • Exemplo = Eosinófilo • Características = nucléolo grande, REG presente, complexo golgiense e grânulos de secreção visíveis. Na célula madura, o citoplasma se enche de grânulos e perde o REG e o complexo golgiense. D) Célula que sintetiza, segrega e acumula proteínas para exportação • Exemplo = Porção exócrina do pâncreas • Características = nucléolo bem visível, muito REG, complexo golgiense bem visível, acúmulo de grânulos de secreção em um pólo posterior para exocitose, moderada quantidade de mitocôndrias.
BIOLOGIA CELULAR70 UNIMES VIRTUAL E) Célula que sintetiza hormônios esteróides • Exemplo = célula de Leydig • Características = abundância de mitocôndrias e REA, complexo gol- giense pouco desenvolvido, abundante gotículas de lipídeos, freqüentes lisossomas. F) Célula que transporta informação genética • Exemplo = Espermatozóide • Características = cauda longa (flagelo), núcleo na extremidade e muito condensado, presença de acrossoma, mitocôndrias acumuladas no início do flagelo. G) Célula que transporta íons • Exemplo = Células dos túbulos contorcidos distais do rim • Características = grande quantidade de mitocôndrias alongadas dis- postas verticalmente em paliçada, inúmeras invaginações de membrana plasmática no seu pólo basal. H) Célula que absorve metabólitos • Exemplo = Enterócitos • Características = abundância de microvilos na sua membrana apical, mitocôndrias na porção superior do citoplasma. I) Célula que se contrai produzindo movimentos • Exemplo = Miócito estriado esquelético • Características = citoplasma ocupado principalmente por feixes de mi- crofilamentos paralelos, com estriações transversais, vários núcleos por célula situados na periferia, resulta da fusão de várias células musculares embrionárias. J) Célula na qual ocorre digestão intracelular • Exemplo = Macrófago • Características = presença de inúmeros lisossomas no citoplasma, membrana plasmática irregular com imagem de pinocitose.
BIOLOGIA CELULAR 71 UNIMES VIRTUAL Indicação de Leitura LEVINE, B. YUAN, J. – Autophagy in cell death: an innocent convict?. J. Clin. Invest., 115(10):2679-2688, 2005. Disponível em: http://www.jci. org POIRIER, J. Histologia molecular: Texto e atlas. São Paulo. Ed. Santos. 2003. XU, C.; BAILY-MAITRE, B. REED, J. C. – Endoplasmic reticulum stress: cell life and death decisions. J. Clin. Invest., 115(10):2656-2664, 2005. Disponível em: http://www.jci.org
BIOLOGIA CELULAR72 UNIMES VIRTUAL Resumo - Unidade III Os elementos subcelulares ou organelas desempenham papel de fundamental importância para as funções diárias das células. São estruturas com morfologia diversa e que, obrigatoriamente, apresentam revestimento por membrana. Os tipos e quantidade das organelas variam de acordo com a função da célula. As células que possuem grandes quantidades de REG e Complexo Golgiense se encontram em atividade de síntese, seja de proteínas ou proteínas con- jugas; uma célula rica em lisossomas desempenha função de defesa do organismo. Cada organela ou um conjunto de organelas determinará qual tipo e função para uma determinada célula. Referências Bibliográficas BOLSOVER, S. R. Biologia Celular. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koo- gan. 2ªed. 2005. CARVALHO, H. F. RECCO-PIMENTEL, S. H. A célula 2001. São Paulo. Ed. Manole. 2001. LODISH, H – Biologia Celular e Molecular. Rio de Janeiro. Revinter. 4ª ed., 2002. POIRIER, J. Histologia molecular: Texto e atlas. São Paulo. Ed. Santos. 2003. Glossário • Cristais de hidroxiapatita – composto químico presente na matriz ex- tracelular do tecido ósseo responsável por sua rigidez. • Eosinófilo – célula de defesa do sangue realiza fagocitose de parasitas e participa do processo alérgico. • Glucagon – hormônio produzido nas ilhotas pancreáticas responsável pela transformação de glicogênio em glicose.
BIOLOGIA CELULAR 73 UNIMES VIRTUAL • Hormônios esteróides – substâncias químicas, derivadas da molécula de colesterol, que desempenham funções de controle fisiológico das cé- lulas. • Ilhotas pancreáticas – conjunto de células que formam a parte endó- crina do pâncreas. • Insulina – hormônio produzido nas ilhotas pancreáticas responsável pela entrada de glicose nas células. • Macrófago – célula de defesa do organismo responsável pela fagocito- se de partículas estranhas. • Neutrófilo – célula de defesa presente no sangue responsável pela fago- citose de partículas estranhas. • Osteoclasto – célula especial do tecido ósseo, derivada da fusão de vários macrófagos. Realiza a defesa do tecido ósseo através do processo de fagocitose de partículas estranhas. • Plasmócito – célula de defesa do organismo responsável pela produção de anticorpos. • Procariotas – organismo simples que não possuem envoltório nuclear protegendo o material genético. • RNA – abreviação do termo Ácido Ribonucléico. É a molécula comple- mentar do DNA.
BIOLOGIA CELULAR74 UNIMES VIRTUAL Exercício de auto-avaliação III 1) Síntese de proteínas e síntese de lipídeos, são funções de quais organelas, respec- tivamente: REG e Complexo Golgiense Complexo Golgiense e REA REA e REG REG e mitocôndria 2) São funções do Retículo Endoplasmático Agranular, exceto: Desintoxicação Transporte de moléculas Função mecânica Síntese de hormônios esteróides 3) Qual organela abaixo não tem sua origem a partir do Complexo Golgiense? Lisossomas Peroxissomas Acrossoma Vesícula de transporte 4) O processo de defesa que as células fazem internalizando agentes estranhos é conhecido como: Fagossoma Lisossoma Fagocitose Exocitose 5) Autofagia e digestão intracelular são funções de qual organela? Lisossoma Complexo Golgiense Mitocôndria REG a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d)
BIOLOGIA CELULAR 75 UNIMES VIRTUAL Unidade IV Núcleo Celular Objetivos Reconhecer a estrutura do núcleo celular; apresentar a composição e as funções dos ácidos nucléicos e estabelecer as diferenças entre os tipos de divisão celular. Plano de Ensino Esta unidade conta com as seguintes aulas: Aula: 21 – Núcleo Aula: 22 – Material Genético Aula: 23 – Replicação, Transcrição e Tradução Aula: 24 – Ciclo Celular Aula: 25 – Mitose Aula: 26 – Meiose Aula: 27 – Aberrações Cromossômicas Aula: 28 – Cariótipo
BIOLOGIA CELULAR76 UNIMES VIRTUAL Aula: 21 Temática: O Núcleo Olá alunos! A partir desta unidade começaremos a explorar o centro de controle da célula, ou seja, seu núcleo. Uma das mais importantes etapas durante o processo evolutivo que permitiu, também, a nossa evolução foi a proteção do material genético pelo envoltório nuclear. Como já visto antes, o núcleo nada mais é do que um tipo de Retículo Endoplasmático, que durante a evolução das primeiras células se especia- lizou em proteger o material genético. Morfologia do Núcleo O núcleo é um elemento subcelular. Possui dupla membrana, denominada envoltório nuclear, é uma estrutura descontínua, como um círculo, apre- sentando poros que são pequenos buracos para permitir a entrada ou saí- da de moléculas. Porém, não é qualquer molécula que pode ganhar acesso ao interior do núcleo, por isso, cobrindo o poro nuclear existe uma pequena membrana cuja função é servir de filtro, selecionando, assim, as partículas que adentram a matriz nuclear. Abaixo está representado o núcleo com seus componentes estruturais.
BIOLOGIA CELULAR 77 UNIMES VIRTUAL O DNA nuclear está associado a um conjunto de proteínas (será discutido na aula 02), recebendo o nome de cromatina. Existem dois tipos de cro- matina: eucromatina e a heterocromatina. Esta classificação é baseada na atividade de síntese da célula. Quando a célula possui uma grande atividade de síntese, seu DNA está transcrevendo, ou seja, fazendo cópias para a produção de proteínas. En- tão, dizemos que sua cromatina é eucromática, pois para fazer cópias de sua molécula a dupla hélice do DNA tem que se separar. A heterocromatina é o inverso, quando a célula não está em grande ati- vidade de síntese. Temos então mais partes da molécula de DNA enrolada do que separada (em processo de cópia). Quando coramos o núcleo, a he- terocromatina poda ser visualizada como pontos escuros (densos) dentro do núcleo. Em resumo, podemos prever se uma célula trabalha muito ou pouco observando apenas seu núcleo. Veja o esquema abaixo: Aqui vemos o núcleo da célula bem claro, pois quando a fita de DNA está separada o corante não consegue se fixar a ela, corando o núcleo em um tom claro. EUCROMATINA! Neste esquema o núcleo está mais escuro, pois a maior parte do DNA está enrolado. Quando co- ramos, o corante se fixa bem na molécula, dei- xando o núcleo em um tom escuro. HETEROCRO- MATINA! O nucléolo é uma estrutura dentro do núcleo responsável pela produção de RNA-ribossômico, que faz parte da estrutura dos ribossomos, respon- sáveis pela síntese protéica.
BIOLOGIA CELULAR78 UNIMES VIRTUAL É importante lembrar que, salvo algumas exceções, as células do nosso organismo possuem apenas um núcleo por célula e que o núcleo nem sem- pre vai apresentar uma forma arredondada; na verdade, o núcleo tende a acompanhar a forma da célula. Sem dúvida, um dos mais importantes elementos subcelula- res é o núcleo, não só pelo fato de proteger o material gené- tico e ter permitido a evolução das células, mas pelo fato de que dentro dele ocorrem processos essenciais para o controle da atividade celular. Em nossa próxima aula abordaremos em detalhes que processos são estes e como o material genético é composto. Até lá!
BIOLOGIA CELULAR 79 UNIMES VIRTUAL Aula: 22 Temática: O Material Genético Olá turma! Hoje veremos em detalhe a composição do ma- terial genético, suas características e funções. Desde sua descrição, em 1953, pelos pesquisadores James Watson e Francis Crick, o conhecimento sobre a estrutura e a função do DNA e RNA cresceu vertiginosamente. Além disso, os avanços da tecnologia nos permitem entender melhor como erros na estrutura do DNA pode afetar a morfologia e função das células. Nós temos dois tipos de material genético, protegidos dentro do núcleo das células: o DNA (Ácido Desoxirribonucléico) e o RNA (Ácido Ribonu- cléico). Possuem a função de armazenamento e expressão da informação genética, ou seja, qualquer característica física ou não, está escrita em código, no DNA. Nossas células possuem um total de 46 moléculas de DNA, com exceção do espermatozóide e ovócito (células sexuais) os quais possuem apenas metade do número de moléculas (23 moléculas). O número de moléculas de DNA é característico de cada espécie e seu conjunto é denominado genoma. Composição do DNA e RNA Independente do tipo, o material genético é composto por três substâncias químicas: uma pentose (açúcar com 5 carbonos), que no caso do DNA é denominado desoxirribose e no RNA é ribose; uma molécula de fosfato e uma base nitrogenada. As bases nitrogenadas são divididas em dois gru- pos: as pirimidinas – Citosina (C), Timina (T) e Uracila (U) e as purinas – Adenina (A) e Guanina (G). Na molécula de DNA estão presentes as bases A, T, C e G; enquanto que na molécula de RNA temos a base U ao invés da base T. Independente da molécula (DNA ou RNA), quando juntamos os três com- postos orgânicos formamos uma nova molécula denominada nucleotídeo. Podemos dizer, então, que uma molécula de DNA ou RNA é uma seqüência aleatória de nucleotídeos.
BIOLOGIA CELULAR80 UNIMES VIRTUAL = molécula de fosfato. = pentose (desoxirribose ou ribose) C = base nitrogenada O esquema ao lado represen- ta a dupla fita da molécula de DNA. Como já foi dito, uma fita de DNA é uma seqüência aleatória de nucleotídeos, mas quando as duas fitas vão se entrelaçar para formar o DNA, existe uma regra bá- sica: a fita só se formará se houver o pareamento (com- binação) entre os nucleotí- deos. A se combina com T (A-T) e C se combina com G (C-G) e vice-versa. Quando a base nitrogenada é adicionada, para a formação do nucleotídeo, seu nome é alterado. Então, quando lemos adenina ou timina, por exem- plo, nos referimos a base nitrogenada sozinha, separada do fosfato e da pentose. C OH CH2 O P CH2 O P CH2 O P CH2 O P A G T C T C A G CH2 O P CH2 O P CH2 O P CH2 O P OH
BIOLOGIA CELULAR 81 UNIMES VIRTUAL Veja a tabela abaixo: Base Nitrogenada Nucleotídeo Adenina Adenosina Timina Timidina Citosina Citidina Guanina Guanosina Uracila Uridina Uridina Outros conceitos importantes são os de genes e cromossomos. Todos já ouvimos falar, certo! Mas você sabe o que são? É muito simples. Genes são seqüências específicas de nucleotídeos. Um cromossomo é quando a molécula de DNA se enrola totalmente sobre ela mesma, como uma linha em um novelo, diminuindo seu tamanho e ficando visível quando corada por técnicas especificas. Cromossomo significa corpo que se cora! Mas só podemos evidenciá-los no momento da divisão celular, pois é durante este estágio que atingem seu ponto de condensação máximo. O DNA está associado a um grupo de proteínas denominadas histonas. O DNA mais as histonas formam o que nós conhecemos como cromatina. O papel das histonas ainda não está muito bem claro, mas pesquisas apon- tam sua participação no processo de replicação do DNA e no aparecimen- to de alguns tipos de neoplasias. Em relação ao RNA, existem três tipos básicos: RNA mensageiro (RNA- m), RNA transportador (RNA-t) e RNA ribossômico (RNA-r). RNA-t = corresponde a 10% do total de RNA na célula. Transporta os aminoácidos para a formação das proteínas; RNA-m = corresponde a 4% do RNA. Contém a informação para a síntese protéica; RNA-r = corresponde a 85% do RNA. Formam os ribossomos presentes no citoplasma. Podemos concluir que o DNA é a molécula fundamental para a organização do funcionamento das células. Os termos cro- matina e cromossomos se relacionam ao DNA só que com morfologias diferentes. Em um futuro, não muito distante, seremos capa- zes de corrigir erros direto na molécula de DNA e, assim, tratar inúmeras doenças genéticas para as quais, atualmente, não existem tratamento. Qualquer dúvida, entre em contato!
BIOLOGIA CELULAR82 UNIMES VIRTUAL Aula: 23 Temática: Replicação, Transcrição e Tradução Na aula de hoje, veremos como ocorre a síntese protéica. Na biologia existe uma lei (Dogma Central) que define que a informação genética é perpetuada pela replicação do DNA e traduzida através de dois processos (transcrição e tradução). Replicação O mecanismo de replicação do DNA ocorre dentro do núcleo. É o processo pelo qual o DNA faz uma cópia dele mesmo. O objetivo da duplicação é passar as informações contidas no DNA para as próximas gerações. Em 1 está representado a dupla hélice de DNA. Para ocorrer à duplica- ção o primeiro passo é a separação das fitas- molde (ou mãe) azul e vermelha. Em 2 temos a enzima helicase que que- bra as ligações (pontes de hidrogênio) entre as fitas-molde. DNA - Polimerase O esquema ao lado re- presenta a ação de ou- tra enzima, denominada DNA-polimerase, que após a separação das fi- tas-molde, constrói uma nova fita complementar para ambas as fitas-mol- de. A C T G G C T T G A C C G A A T 1 A C T G G C T T G A C C G A A T 2 A C T G G C T T G A C A 3 C C T T G A C C G A A T
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Como funciona o microscópio de luz

  • 1.
  • 2.
  • 3. LICENCIATURA EM CIÊNCIAS BIOLÓGICAS BIOLOGIA CELULAR Semestre 3 Prof. Maurício P. Gouvinhas UNIVERSIDADE METROPOLITANA DE SANTOS
  • 4. BIOLOGIA CELULAR UNIMES VIRTUAL L782c LOBO, Maurício Nunes Curso de Pedagogia: Atividades Curriculares Acadêmicas Adicionais (por) Prof. Maurício Nunes Lobo. Semestre 2. Santos: UNIMES VIRTUAL. UNIMES. 2006. 22p. 1. Pedagogia 2. Atividades Curriculares Acadêmicas Adicionais. CDD 371 Universidade Metropolitana de Santos Campus II – UNIMES VIRTUAL Av. Conselheiro Nébias, 536 - Bairro Encruzilhada, Santos - São Paulo Tel: (13) 3228-3400 Fax: (13) 3228-3410 www.unimesvirtual.com.br Nenhuma parte desta publicação pode ser reproduzida por qualquer meio sem a prévia autorização desta instituição.
  • 5. BIOLOGIA CELULAR UNIMES VIRTUAL UNIMES – Universidade Metropolitana de Santos - Campus I e III Rua da Constituição, 374 e Rua Conselheiro Saraiva, 31 Bairro Vila Nova, Santos - São Paulo - Tel.: (13) 3226-3400 E-mail: infounimes@unimes.br Site: www.unimes.br Prof.ª Renata Garcia de Siqueira Viegas da Cruz Reitora da UNIMES Prof. Rubens Flávio de Siqueira Viegas Júnior Pró-Reitor Administrativo Prof.ª Rosinha Garcia de Siqueira Viegas Pró-Reitora Comunitária Prof.ª Vera Aparecida Taboada de Carvalho Raphaelli Pró-Reitora Acadêmica Prof.ª Carmem Lúcia Taboada de Carvalho Secretária Geral
  • 6. BIOLOGIA CELULAR UNIMES VIRTUAL EQUIPE UNIMES VIRTUAL Diretor Executivo Prof. Eduardo Lobo Supervisão de Projetos Prof.ª Deborah Guimarães Prof.ª Doroti Macedo Prof.ª Maria Emilia Sardelich Prof. Sérgio Leite Grupo de Apoio Pedagógico - GAP Prof.ª Elisabeth dos Santos Tavares - Supervisão Prof.ª Denise Mattos Marino Prof.ª Joice Firmino da Silva Prof.ª Márcia Cristina Ferrete Rodriguez Prof.ª Maria Luiza Miguel Prof. Maurício Nunes Lobo Prof.ª Neuza Maria de Souza Feitoza Prof.ª Rita de Cássia Morais de Oliveira Prof. Thiago Simão Gomes Angélica Ramacciotti Leandro César Martins Baron Grupo de Tecnologia - GTEC Luiz Felipe Silva dos Reis - Supervisão André Luiz Velosco Martinho Carlos Eduardo Lopes Clécio Almeida Ribeiro Grupo de Comunicação - GCOM Ana Beatriz Tostes Carolina Ferreira Flávio Celino Gabriele Pontes Joice Siqueira Leonardo Andrade Lílian Queirós Marcos Paulo da Silva Nildo Ferreira Ronaldo Andrade Stênio Elias Losada Tiago Macena William Souza Grupo de Design Multimídia - GDM Alexandre Amparo Lopes da Silva - Supervisão Francisco de Borja Cruz - Supervisão Alexandre Luiz Salgado Prado Lucas Thadeu Rios de Oliveira Marcelo da Silva Franco Secretaria e Apoio Administrativo Camila Souto Carolina Faulin de Souza Dalva Maria de Freitas Pereira Danúsia da Silva Souza Raphael Tavares Sílvia Becinere da Silva Paiva Solange Helena de Abreu Roque Viviane Ferreira
  • 7. BIOLOGIA CELULAR UNIMES VIRTUAL AULA INAUGURAL Olá! A disciplina de Biologia Celular tem a finalidade de apresentar a estrutura e o funcionamento da unidade básica dos seres vivos, ou seja, a célula. É a partir do entendimento da célula que inícia a sua “jornada” pelo mara- vilhoso mundo da Biologia. Entender a “célula” é o primeiro passo para a compreensão das demais áreas de atuação do biólogo. Durante o semestre, vamos estudar os conceitos básicos das células e seus componentes; a composição e as funções das membranas biológicas e dos elementos subcelulares; estabelecer os meios de comunicação ce- lular; analisar os aspectos morfológicos do núcleo e dos ácidos nucléicos e, também, o ciclo celular e tipos de divisão. Ao final da disciplina, você será capaz de relacionar os conteúdos aborda- dos na solução de problemas em diferentes áreas de atuação profissional. Seja bem vindo! Prof. Maurício Gouvinhas
  • 9. BIOLOGIA CELULAR UNIMES VIRTUAL Índice Unidade I - Microscopias, Técnicas e Biomembranas........................................11 Aula: 01 – Microscopia de Luz....................................................................................12 Aula: 02 – Microscopia Eletrônica e Confocal............................................................ 15 Aula: 03 – Cultura de Células......................................................................................18 Aula: 04 – PCR e Eletroforese.....................................................................................20 Aula: 05 – Estrutura das Membranas Biológicas.........................................................22 Aula: 06 – Funções das Biomembranas......................................................................25 Aula: 07 – Transportes Através das Membranas........................................................27 Aula: 08 – Colocando em Prática................................................................................30 Resumo - Unidade I.....................................................................................................32 Unidade II - Especializações das Biomembranas................................................35 Aula:09 – Endocitose e Exocitose...............................................................................36 Aula:10 – Domínios de Membrana..............................................................................38 Aula:11 – AMP-Cíclico................................................................................................40 Aula:12 – Meios de Comunicação das Células............................................................42 Aula:13 – Citoesqueleto..............................................................................................44 Aula:14 – Junções Intercelulares................................................................................48 Resumo - Unidade II....................................................................................................51 Unidade III - Elementos Subcelulares – As Organelas........................................53 Aula: 15 – Retículo Endoplasmático............................................................................54 Aula: 16 – Complexo Golgiense..................................................................................57 Aula: 17 – Lisossomas................................................................................................59 Aula: 18 – Mitocôndrias..............................................................................................62 Aula: 19 – Estudo da Organização Geral da Célula......................................................64 Aula: 20 – Tipos Celulares...........................................................................................69 Resumo - Unidade III...................................................................................................72 Unidade IV - Núcleo Celular................................................................................75 Aula: 21 – Núcleo........................................................................................................76 Aula: 22 – Material Genético.......................................................................................79 Aula: 23 – Replicação, Transcrição e Tradução...........................................................82 Aula: 24 – Ciclo Celular...............................................................................................86 Aula: 25 – Mitose........................................................................................................89 Aula: 26 – Meiose.......................................................................................................93
  • 10. BIOLOGIA CELULAR10 UNIMES VIRTUAL Aula: 27 – Aberrações Cromossômicas......................................................................96 Aula: 28 – Cariótipo....................................................................................................99 Resumo - Unidade IV.................................................................................................102 Unidade V - Matriz Extracelular........................................................................105 Aula: 29 – Matriz Extracelular...................................................................................106 Aula: 30 – Biologia do Câncer ..................................................................................110 Aula: 31 – Neoplasias Benignas e Malignas.............................................................113 Aula: 32 – Sistemas de Controle...............................................................................117 Resumo - Unidade V..................................................................................................120
  • 11. BIOLOGIA CELULAR 11 UNIMES VIRTUAL Unidade I Microscopias, Técnicas e Biomembranas Objetivos Introdução às técnicas de estudo mais atuais das células; microscopia de luz e eletrônica, componentes dos microscópios e suas funções. Apresentar a forma, composição e funções das membranas biológicas, bem como relacionar os tipos de transporte feitos através das membranas. Plano de Estudo Esta unidade conta com as seguintes aulas: Aula: 01 – Microscopia de Luz Aula: 02 – Microscopia Eletrônica e Confocal Aula: 03 – Cultura de Células Aula: 04 – PCR e Eletroforese Aula: 05 – Estrutura das Membranas Biológicas Aula: 06 – Funções das Biomembranas Aula: 07 – Transportes Através das Membranas Aula: 08 – Colocando em Prática
  • 12. BIOLOGIA CELULAR12 UNIMES VIRTUAL Aula: 01 Temática: O Microscópio de Luz Olá! Hoje vamos estudar quais as partes e como funciona a principal ferramenta que os Biólogos utilizam para o estudo das células, o microscópio. Hoje existem vários tipos de microscopias utilizadas para os mais varia- dos fins. Mas, sem dúvida, o instrumento mais utilizado é o microscópio de luz. Alguns autores usam o termo microscópio óptico, mas todos são ópticos e, o que os diferencia é o tipo de luz empregada para a geração das imagens. Podemos citar como exemplo: o microscópio que utiliza elétrons para gerar a imagem desejada é chamado de microscópio eletrônico (ME). Mesmo assim, o ME não deixa de possuir um sistema óptico; então, ele também é um microscópio óptico. Entenderam? Os microscópios, de um modo geral, apresentam duas partes principais: um sistema mecânico e um sistema de lentes. Lentes Oculares = Dependendo do número de lentes oculares presentes os microscópios podem ser: monoculares, possuem apenas uma lente; binoculares, possuem duas lentes, sendo os mais comuns hoje em dia e trioculares, possuem duas lentes oculares e mais uma abertura de encai- xe para uma câmera (fotográfica ou de vídeo). Outro detalhe importante é
  • 13. BIOLOGIA CELULAR 13 UNIMES VIRTUAL que as lentes oculares têm um poder de aumento, ou seja, elas sozinhas aumentam o objeto a ser estudado. Normalmente as oculares têm um aumento de 10x, mas esse número pode variar. Canhão = é a estrutura mecânica que dá suporte as lentes oculares. O canhão é uma estrutura móvel que permite ao observador regular as lentes oculares de acordo com a distância interpupilar. Revolver = é uma estrutura mecânica, móvel que dá suporte as lentes objetivas. O revólver gira tanto em sentido horário quanto anti-horário. Lentes Objetivas = as objetivas formam um conjunto de 4 lentes. Cada lente sozinha tem um poder de aumento específico. A primeira lente é de- nominada de panorâmica ou de menor aumento. É identificada com uma tarja vermelha e aumenta o objeto em 5x seu tamanho normal. A segunda lente é chamada de médio aumento e tem o aumento de 10x. É identifica- da com uma tarja amarela. A terceira objetiva aumenta o objeto em 40x. É chamada de maior aumento e é identificada com uma tarja azul. A última objetiva é identificada com uma tarja branca. Possui o maior aumento de todos, 100x, sendo chamada de objetiva de imersão. O aumento total do objeto a ser visualizado é feito através da multiplicação do aumento das lentes oculares e objetivas. Assim, temos: • Objetiva panorâmica = 10 x 5 = 50 vezes o tamanho original; • Objetiva de médio aumento = 10 x 10 = 100 vezes o tamanho original; • Objetiva de maior aumento = 10 x 40 = 400 vezes o tamanho original; • Objetiva de imersão = 10 x 100 = 1000 vezes o tamanho original. Mesa ou Platina e Presilha = a mesa é a estrutura destinada a suportar a lâmina com o material a ser observado. A lâmina fica presa à mesa atra- vés de uma estrutura denominada presilha. Condensador e Diafragma = Condensador é uma estrutura localizada abaixo da mesa. Sua função é concentrar os raios de luz que saem do canhão de luz, localizado na base do microscópio. A importância do con- densador é que sem ele, perderíamos qualidade na imagem, pois os raios de luz se dissipariam e só uma quantidade pequena seria distribuída pelas lentes internas do microscópio (prismas) chegando aos nossos olhos. O Diafragma é uma pequena lingüeta localizada à frente do condensador. Sua função é controlar a intensidade de luz que incide sobre a lâmina.
  • 14. BIOLOGIA CELULAR14 UNIMES VIRTUAL Charriot = é um conjunto de parafusos encontrado na lateral do micros- cópio. Sua função é movimentar a mesa para os lados e movimentar a presilha para frente e para traz. O resultado é que podemos observar o material por inteiro sem ter que mover a lâmina manualmente, como se fazia antigamente. Parafuso Macrométrico = é a peça mecânica destinada a dar o primeiro foco ou o foco grosseiro. Sua função é subir e descer a mesa. ATENÇÃO! O parafuso macrométrico só é utilizado com a objetiva de menor aumen- to. Se você for utilizá-lo com as outras objetivas irá quebrar a lâmina ao meio! Então cuidado! Nunca se esqueça! Parafuso Micrométrico = é usado em conjunto com o macrométrico. Possui a mesma função, subindo e descendo a mesa, só que de maneira bem lenta (quase imperceptível). É usado com as outras três objetivas para ajustar o foco. Pode até parecer confuso ou difícil o manuseio do micros- cópio, mas na realidade não é, claro que a prática faz a per- feição e, dependendo do tipo de material que se deseja ob- servar há uma variação na intensidade de luz que deve ser ajustada. Com o tempo o microscópio se torna o grande amigo do biólogo e, com certeza vai se tornar o seu também!
  • 15. BIOLOGIA CELULAR 15 UNIMES VIRTUAL Aula: 02 Temática: Microscopia Eletrônica e Confocal Olá! Em continuação a nossa aula sobre microscopia, hoje vamos abordar dois tipos de microscopias mais “potentes”. A microscopia eletrônica e a microscopia a laser ou confo- cal. Vamos lá! O microscópio eletrônico foi elaborado por volta de 1940, suas primeiras utilizações foram na área de engenharia, mas logo foi adaptado para a utilização dentro das áreas biológicas. Enquanto o microscópio convencional de luz permite um aumento de até 1000x, o microscópio eletrônico permite aumentar o tamanho original da peça em até 01 milhão de vezes! Essa magnitude permite aos pesquisado- res estudar detalhes que na microscopia de luz é impossível detalhar. Existem dois tipos de microscopia eletrônica: microscopia eletrônica de transmissão ou MET e a microscopia eletrônica de varredura ou MEV. Microscopia Eletrônica de Transmissão O microscópio eletrônico é bem maior do que o de luz e o MET precisa de uma sala “especial” e cuidados também! A sala tem que ser refrigera- da, pois altas temperaturas interferem no microscópio, então, no máximo duas pessoas podem ficar na sala enquanto o microscópio está em fun- cionamento. O MET é um grande tubo cilíndrico preso a uma mesa (em termos gerais). Dentro do tubo passa um corrente de elétrons, liberada da parte mais su- perior, denominada canhão eletrônico. Os elétrons são agitados por uma bobina elétrica para ganharem alta velocidade e, então, são “disparados” ao longo do tubo, atingindo a peça localizada em uma parte mais mediana do cilindro. Ao atingirem a peça os elétrons a atravessam continuando seu caminho através de lentes (objetiva, intermediária e projetora), para atingir, por fim, uma placa fluorescente. Na microscopia eletrônica nós trabalhamos com fotos e não com lâminas! Isto é devido ao fato de que os elétrons que bombardeiam a peça acabam
  • 16. BIOLOGIA CELULAR16 UNIMES VIRTUAL por destruí-la, então, todo ME tem uma câmera fotográfica acoplada, para o registro das imagens. Figura 01- Fotomicrografia eletrônica de transmissão da lâmina basal (asterís- co).Cabeçadesetaevidenciandotropocolágeno.(AMENTA,S.P.,etal.,2005. J. Histochem Cytochem., 53(2):165-76. Disponível em: http://www.jhc.org) Figura 02 – Fotomicrografia eletrônica de trans- missão mostrando duas mitocôndrias. (JOHN, G. B., et al., 2005. Mol. Biol Cell, 16: 1543-1554. Disponível em: http://www.molbiolcell.org) Microscopia Eletrônica de Varredura A MEV é bem mais “simples” do que a de transmissão. O MEV possui um cilindro menor e pode ocupar qualquer sala sem necessitar de cuidados específicos. A diferença entre as microscopias eletrônicas é que aqui, va- mos obter uma imagem tridimensional do material; a peça é tratada com sais de ouro e os elétrons ao invés de atravessar o material se combinam com os sais de ouro gerando uma imagem tridimensional (basicamente é um grande scanner). Figura 03 – Fotomicrografia eletrônica de var- redura evidenciando mitocôndrias. (imagem cortesia do Prof. Dr. Livre-Docente Manuel de Jesus Simões. Departamento de Histologia e Biologia Estrutural, Universidade Federal de São Paulo-Escola Paulista de Medicina)
  • 17. BIOLOGIA CELULAR 17 UNIMES VIRTUAL Microscopia Confocal A microscopia confocal utiliza raios laser para gerar a imagem de uma amostra. Um dos grandes problemas na microscopia é a sobreposição de imagens quando se tem um corte espesso. A sobreposição interfere na qualidade, pois pontos diferentes da peça ficam desfocados. Mas com a MC a imagem coletada por um detector passa por um obstáculo com um pequeno orifício, permitindo, assim, coletar um plano focalizado enquanto outros planos são bloqueados. Figura 04 – Fotomicrografia confocal eviden- ciando fibroblastos (em vermelho citoplasma e em verde núcleo). (LANGEVIN, H. M., et al.; 2005. Am. J. Physiol Cell Physiol., 288: C747-C756. Disponível em: http://www.ajp- cell.physiology.org Podemos concluir que técnicas avançadas na área da mi- croscopia possibilitaram e possibilitam, cada vez mais, a compreensão dos mecanismos que fazem a célula funcio- nar. Para maiores detalhes destas técnicas e de outras, consulte as fontes na indicação e qualquer dúvida, não deixe de nos perguntar.
  • 18. BIOLOGIA CELULAR18 UNIMES VIRTUAL Aula: 03 Temática: Cultura de Células Olá alunos! Nesta aula iremos abordar um tema de grande importância na prática da biologia celular. A técnica de cul- tura permite estudar o comportamento das células fora do organismo, ou seja, in vitro. Diferente das outras técnicas onde a célula é morta, a cultura permite o acompanhamento da célula viva. É uma técnica difícil de ser conduzida, pois necessita de aparelhos especiais e um local, totalmente, esterilizado. As técnicas de esterilização são tão importantes que a menor contamina- ção pode por em risco meses de pesquisas. Para se manterem vivas, as células devem ser colocadas em recipientes apropriados, de vidro ou plástico, denominados placas ou garrafas de cul- tura. Para cada tipo de célula existe um meio nutritivo específico e o tempo em que às células se mantêm vivas in vitro também varia. A figura da esquerda é uma placa de vidro (Placa de Petri) e a direita garrafas de plástico para cultura. (imagens disponíveis em: http://www. ciencor.com.br) Tipos de Culturas Cultura Primária Logo após serem retiradas do organismo os fragmentos de tecidos são colocadas nos recipientes apropriados contento meio de cultura (conjunto de proteínas necessárias a sobrevivência das células). Os fragmentos são observados 3x por semana para determinar à troca do meio de cultura e, por volta do 15ª dia às células começam a se soltar do tecido e aderem ao fundo do recipiente.
  • 19. BIOLOGIA CELULAR 19 UNIMES VIRTUAL Subcultura A subcultura consiste em subcultivar as células primárias em outras pla- cas/garrafas de cultura. Este procedimento é importante para se manter um estoque de células em cultivo para procedimentos posteriores. Os la- boratórios também podem ter um banco de células em culturas e, frequen- temente, fornecem amostras de células para outros laboratórios. Figura 01 – Cultura de células. (YANG, Z. et al., 2005. J Biol Chem, 280(1):654-59. Disponível em: http://www.jbc.org) Podemos concluir que a técnica de cultura de células (ani- mais ou vegetais) é ferramenta importante na pesquisa tan- to básica quanto clínica, pois permite o estudo da célula in vitro, diminuindo a necessidade da utilização de modelos experimentais vivos. Não deixe de nos enviar suas dúvidas e sugestões.
  • 20. BIOLOGIA CELULAR20 UNIMES VIRTUAL Aula: 04 Temática: PCR e Eletroforese Nessa aula, vamos estudar sobre duas técnicas muito uti- lizadas na Biologia para a análise do material genético. As técnicas de PCR e ELETROFORESE. A técnica denominada PCR (Reação em cadeia da Polimerase) consiste em fazer cópias da molécula de DNA, com a finalidade de amplificar frag- mentos de DNA em grande quantidade. Primeiro é retirada uma amostra de células de um tecido. A amostra é co- locada em um tubo de ensaio contendo um tipo de “detergente” e o DNA é separado das células. Então o tubo de ensaio é colocado em um aparelho denominado termociclador, o qual através de alterações na temperatura permite que a molécula de DNA se duplique. Após um período de 2 horas teremos 1 milhão de cópias de DNA. A segunda etapa é realizada pela técnica de eletroforese, que consistem em colocar o material (DNA) dentro de um gel em uma cuba de vidro, tampá-la e deixar uma corrente elétrica passar pelo gel. A cuba de eletroforese tem dois pólos, um negativo e outro positivo; e sendo o DNA um composto orgânico, é formado por par- tículas carregadas negativamente e por outras carregadas positivamente. Quando a corrente elétrica passa pelo gel contendo o DNA, as partículas são forçadas para as extremidades da cuba. Este processo de migração é chamado de corrida eletroforética e as par- tículas são atraídas de acordo com sua carga elétrica: (-) com (+) e vice- versa. Após um período de 2 horas, o gel é retirado para análise, veja o exemplo a seguir. Figura 01 – Imagem do termociclador do labo- ratório de Histologia e Biologia Estrutural. De- partamento de Morfologia. Universidade Fede- ral de São Paulo. Escola Paulista de Medicina. Cortesia do Prof. Dr. Livre-Docente Manuel de Jesus Simões.
  • 21. BIOLOGIA CELULAR 21 UNIMES VIRTUAL Figura 02 – Cuba de Eletroforese. Disponível em: http://www.ciencor. com.br A figura acima representa o resultado da corridaeletroforética.Paradeterminaruma determinada proteína temos que analisar o padrão de bandas escuras que migram ao longo do gel (JOHN, G. B., et al., 2005. Mol. Biol Cell, 16: 1543-1554. Disponível em: http://www.molbiolcell.org). Podemos concluir que a análise do DNA é indispensável para entendermos mais sobre a evolução dos organismos, fazendo através de técnicas moleculares, comparações en- tre amostras de DNA de diferentes espécies. Não deixe de participar em nosso ambiente virtual de aprendizagem. Até lá!
  • 22. BIOLOGIA CELULAR22 UNIMES VIRTUAL Aula: 05 Temática: Estrutura das Membranas Biológicas Antes de iniciarmos nosso estudo sobre a estrutura das membranas biológicas ou biomembranas, é interessante ressaltar que já se conhecia sua existência muito antes de conseguirmos visualizá-la pela primeira vez. Sua observação só foi pos- sível através da confecção de um tipo de microscópio mais avançado, o microscópio eletrônico, por volta de 1945. Mas como os pesquisadores da época conseguiram descobrir a existência do que hoje nós conhecemos como membrana celular ou plasmática? Para entender esse fato histórico, vamos recriar os experimentos que foram feitos. Primeiro vamos precisar de um frasco com água. Em seguida, vamos dividir o frasco ao meio, com papel celofane, por exem- plo, criando dois compartimentos isolados (A e B). Agora va- mos adicionar concentrações iguais de sal de cozinha (NaCl). Em um segundo teste, vamos adicionar no compartimento A mais NaCl. O que observamos em seguida é que as moléculas de NaCl se deslocam para o lado B, equilibrando os compar- timentos. Esse simples experimento permitiu aos estudiosos entender o que acon- tecia com a célula em seu microambiente. Uma estrutura permitia a pas- sagem do NaCl, mas não da água, motivo pelo qual a membrana seria chamada de semipermeável. As membranas celulares são compostas por: fosfolipídeos, proteínas e glicoproteínas. Embora as células tenham estrutura e funções em co- mum, existem diferenças específicas mediadas por seus componentes. A seguir, iremos discutir cada componente em separado. BA BA
  • 23. BIOLOGIA CELULAR 23 UNIMES VIRTUAL Fosfolipídeos – Os principais componentes das membranas O principal componente lipídico das membranas é o fosfolipídeo. Formam uma dupla camada constituída por dois componentes: uma cabeça hidrofí- lica (hidros ¬–¬ água; filia – atração por) e uma cauda hidrofóbica (hidros – água; fobia – medo de). Na biologia todo componente que apresenta as propriedades de hidrofilia e hidrofobia ao mesmo tempo recebe o nome de molécula anfipática. Representação esquemática dos fosfolipídios. As biomembranas são formadas por uma du- pla camada de fosfolipídio. Onde, (A) molé- cula de fosfato (hidrofílica) e (B) molécula de lipídio (hidrofóbica). Proteínas de Membrana As proteínas estão inseridas na dupla camada de fosfolipídeo e podem ser classificadas em duas categorias: (a) proteínas integrais e (b) proteínas periféricas. Proteínas Integrais – também conhecidas como proteínas intrínsecas, apresentam uma ou mais porções inseridas na dupla camada. Interagem com a parte hidrofílica do fosfolipídeo e, geralmente atravessam toda a membrana. Proteínas Periféricas – Denominadas de proteínas extrínsecas, se ligam à membrana através da porção hidrofílica ou indiretamente com as proteí- nas integrais. Representação esquemática das proteínas de membranas: (A) e (B) proteínas integrais; (C) e (D) proteínas periféricas. A B A B C D
  • 24. BIOLOGIA CELULAR24 UNIMES VIRTUAL Glicoproteínas São proteínas conjugadas, ou seja, uma parte de sua estrutura molecular é feita de açúcar e outra de proteína. Aparecem apenas na superfície ex- tracelular das biomembranas e podem estar associadas aos fosfolipídios quanto às proteínas integrais. Concluindo, esse esquema de membrana é válido para to- das as membranas biológicas, não só na membrana celular, mas nas membranas das organelas, das bactérias, etc. Esta representação universal ficou conhecida como mosaico fluído da mem- brana. Envie suas dúvidas e comentários!
  • 25. BIOLOGIA CELULAR 25 UNIMES VIRTUAL Aula: 06 Temática: Funções das Biomembranas Hoje, nossa aula vai abordar as funções das biomembranas. Leia com atenção! Após a sua visualização e com os avanços nos métodos de estudo, pu- demos definir quais as funções das biomembranas. Aliás, as membranas biológicas desempenham atividades importantes para a manutenção do equilíbrio fisiológico das células: • Dão forma às células – nosso corpo é formado por trilhões de células, cada tecido tem uma forma diferente; o resultado dessa soma interfere na forma do órgão, a qual depende da função e posição anatômica. Pode parecer confuso, mas de maneira geral, a forma de uma célula, de um ór- gão, está intimamente relacionada com sua função. Este é um dos mais importantes conceitos que você deve ter em mente sempre! • Separam o meio interno do externo – as nossas células possuem dois compartimentos: o interno; onde estão às organelas e todas as ativida- des químicas que são responsáveis pelo funcionamento celular e o meio externo; um grande compartimento que circunda as células em cada teci- do. Aqui existe um outro conceito importante: todas as nossas células, para sobreviver, têm que interagir entre si e ao mesmo tempo com o meio externo, que chamamos de matriz extracelular. Sem essa interação a célula não tem como obter informações nem nutrientes necessários a sua sobrevivência. • Protegem o material genético - muitas pessoas dão uma grande impor- tância para o núcleo da célula, mas o que é o núcleo? É uma membrana que envolve e protege o DNA (material genético). Vamos fazer uma analo- gia: Qual é a importância de você ter um cofre se não tem dinheiro dentro dele. Mas não fiquem assustados, não estou dizendo que a membrana que envolve o DNA não tem importância, de fato, ter uma membrana protegen- do o material genético foi um dos maiores passos na evolução das células que permitiu nossa existência. • Reconhecem agentes estranhos e/ou moléculas – todos nós já ouvimos falar no sexto sentido das mulheres, certo! As células também têm um sexto sentido, que as avisam de perigos eminentes (células estranhas, bactérias, toxinas, etc.). Mas esse sentido especial é realizado por uma
  • 26. BIOLOGIA CELULAR26 UNIMES VIRTUAL substância presente na superfície da membrana denominada glicocálice ou glicocálix. O glicocálice nada mais é do que as glicoproteínas de su- perfície lembram da aula passada!! Quando uma pessoa sofre um trans- plante de órgão e este é rejeitado, foi porque o glicocálice não reconheceu as células do novo órgão como sendo parte de seu próprio organismo, en- tão o sistema imunológico da pessoa é avisado para destruir o novo órgão. Pode até parecer cruel demais, mas é um sistema de defesa perfeito! • Troca de substâncias entre o meio interno e externo – como já foi dito as células interagem entre si e com a matriz. Para poder realizar esta in- teração substâncias químicas têm que, a todo momento, entrar e sair da célula. Quem permite essa troca de informação é a membrana, mas nós vamos discutir como isso é possível na próxima aula. Hoje vimos, de modo geral, algumas das funções principais das membranas biológicas. À medida que você for se apro- fundando em seu estudo dentro das Ciências Biológicas, irá descobrir que a membrana celular é uma das peças-chave do funciona- mento celular e por que não dizer, do organismo! Participe e tire suas dúvidas!
  • 27. BIOLOGIA CELULAR 27 UNIMES VIRTUAL Aula: 07 Temática: Transportes Através da Membrana Na última aula nós deixamos no ar uma função das biomem- branas. E nesta aula, iremos estudar, como a membrana con- segue permitir a entrada ou saída de substâncias da célula. A membrana é uma barreira semipermeável entre o meio extracelular e o citoplasma. Sua propriedade de permeabilidade assegura que substâncias essenciais entrem facilmente na célula e que produtos do metabolismo saiam da célula. Essa capacidade de permitir a passagem de substâncias é denominada transporte através da membrana. Existem dois tipos bási- cos de transportes (1) transporte passivo e (2) transporte ativo. Antes de começarmos a detalhar os meios de transporte, devemos en- tender que a célula, para conseguir realizar determinadas funções, tem que gastar energia. É igual a um carro que precisa de combustível para funcionar. De modo semelhante, a célula tem seu próprio combustível, um composto químico chamado ATP (Adenosina Tri-Fosfato). Quando a mo- lécula de ATP é quebrada, a reação química proveniente libera energia na forma de calor que permite a célula realizar suas tarefas. Transporte Passivo Transporte passivo é aquele que ocorre sem gasto de energia, ou seja, a célula não gasta moléculas de ATP para permitir a passagem de substân- cias pela membrana. Existem dois tipos de transporte passivo: a) Difusão Simples – as substâncias a serem transportadas passam di- retamente pela bicamada de fosfolipídios. Para que ocorra o transporte, a substância em questão deve ter afinidade com lipídio. Exemplo: A testosterona ( ) é um hormônio sexual derivado do colesterol. Portan- to, é uma substância que se atravessa facilmente a membrana.
  • 28. BIOLOGIA CELULAR28 UNIMES VIRTUAL b) Difusão Facilitada – outro mecanismo de transporte sem gasto de energia, onde a substância a ser transportada, passa livremente através das proteínas integrais. Nesse caso, a substância tem afinidade com água e não com lipídio. Exemplo: Alguns aminoácidos ( ) não têm afinidade com a molécula de gordura. Sendo assim, as proteínas de membrana alteram sua forma molecular, permitindo a passagem desses aminoácidos. Transporte Ativo - o transporte ativo recebe este nome, pois para que o transporte ocorra, a célula necessita quebrar ATP. Neste tipo de transporte as moléculas são transportadas contra um gradiente de concentração ou elétrico. Exemplo: No esquema acima, a células para conseguir transportar a glicose ( ) para o citosol, precisa hidrolisar (i.e. quebrar) a molécula de ATP (reação feita através da enzima ATP-ase) em ADP + P. Com a liberação do fosfato (P) a célula gera energia (na forma de calor) suficiente para mudar a forma molecular da proteína de membrana, permitindo, assim, o transporte da glicose. ATP – ase ATP ADP + P
  • 29. BIOLOGIA CELULAR 29 UNIMES VIRTUAL Agora, consulte os livros indicados na bibliografia e procure a definição dos seguintes mecanismos de transporte: • Uniporte; • Contra-transporte; • Simporte. Pesquise bastante, e não deixe de participar do nosso am- biente virtual de aprendizagem.
  • 30. BIOLOGIA CELULAR30 UNIMES VIRTUAL Aula: 08 Temática: Colocando em Prática Olá turma! Vamos ver se vocês são capazes de identificar as partes que compõem o microscópio de luz!
  • 31. BIOLOGIA CELULAR 31 UNIMES VIRTUAL Responda as questões abaixo como se pede. IDENTIFIQUE AS ESTRUTURAS DO MICROSCÓPIO : Estrutura Nº. Nome da Estrutura 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1) QUAL É A PARTE PRINCIPAL DOS MICROSCÓPIOS? JUSTIFIQUE. ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Indicações de Leitura HORIUCHI, K.; NAITO, I.; NAKANO, K.; NAKATANI, S.; NISHIDA, K.; TAGU- CHI, T.; OHTSUKA, A. Three-dimensional ultrastructure of the brush border glycocalyx in the mouse small intestine: a high resolution scanning elec- tron microscopy study. Arch. Histol. Cytol. 68(1):51-56. 2005. Disponível em: http://www.pubmed.com LODISH, H – Biologia Celular e Molecular. Rio de Janeiro. Revinter. 4ª ed., 2002. SURPILI, M. L.; MÜLLER-RÖBER, B. WILLMITZER, L. - A yeast-based mo- del system for cloning secreted and membrane proteins. Ann. Braz. Acd. Cien. 74(4):599-608. 2002. Disponível em http://www.scielo.br/aabc
  • 32. BIOLOGIA CELULAR32 UNIMES VIRTUAL Resumo - Unidade I O estudo da Biologia Celular começa com a compreensão da estrutura e funções das membranas biológicas ou celulares. Tendo sua estrutura universal e funções como transporte de substâncias torna a membrana um dos componentes mais importantes e estudados dentro das ciências biológicas. As biomembranas também de- sempenham papel crucial para o funcionamento da célula como um todo, servindo de receptores para os diversos estímulos provenientes do meio externo. Referências Bibliográficas BOLSOVER, S. R. Biologia Celular. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koo- gan. 2ªed. 2005. CARVALHO, H. F. RECCO-PIMENTEL, S. H. A célula 2001. São Paulo. Ed. Manole. 2001. DE ROBERTIS, E. M. F. Base da Biologia Celular e Molecular. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koogan. 3ª ed. 2001. JUNQUEIRA, L. C. CARNEIRO, J. Histologia Básica. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koogan. 10ª ed. 2004. Glossário • Aminoácidos – menor parte constituinte das proteínas. Existem 20 ti- pos de aminoácidos (aa) derivados da digestão das proteínas. • Anfipática – qualquer molécula que seja hidrofóbica e hidrofílica ao mesmo tempo. • ATP – abreviação do termo Adenosina Tri-Fosfato. Molécula produzida pelas mitocôndrias que dá energia para a célula realizar suas tarefas diá- rias.
  • 33. BIOLOGIA CELULAR 33 UNIMES VIRTUAL • DNA – abreviação do termo Ácido Desoxirribonucléico. Material genéti- co encontrado nos seres vivos. • Enzima – uma forma especial de proteína que tem a função de catali- zador químico, ou seja, tem a propriedade de quebrar ligações químicas entre moléculas. • Hidrofílica – qualquer molécula que “goste” de água (filia = ter atração por). • Hidrofóbica – qualquer molécula que tem “medo” de água (fobia = medo de). • Matriz extracelular – meio externo as células. É composto por uma série de componentes protéicos que contribuem para o funcionamento das células. • NaCl – símbolo químico do composto cloreto de sódio (Na = sódio; Cl = cloro), conhecido também como sal de cozinha. • Tecido – conjunto de células com morfologia semelhante e que desem- penham, bascamente, a mesma função.
  • 34. BIOLOGIA CELULAR34 UNIMES VIRTUAL Exercício de auto-avaliação I 1) As membranas biológicas são compostas por uma: Dupla camada de proteínas Dupla camada de glicoproteínas Dupla camada de fosfolipídeo Dupla camada de glicolipídeos 2) São funções das biomembranas, exceto: Dar forma as células Proteger o material genético Reconhecer moléculas estranhas Transporte de gases 3) A capacidade que a membrana possui de permitir a passagem de substâncias é deno- minado de: Transporte Barreira seletiva Metabolismo celular Domínio de membrana 4) O transporte através da membrana que ocorre com gasto de energia é conhecido como: Endocitose Transporte ativo Transporte passivo Fagocitose 5) Glicoproteínas são exemplos de: Lipídeos conjugados Ácidos nucléicos Proteínas conjugadas DNA a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d)
  • 35. BIOLOGIA CELULAR 35 UNIMES VIRTUAL Unidade II Especializações das Biomembranas Objetivos Determinar os mecanismos que as células utilizam para se comunicar umas com as outras, mantendo o equilíbrio funcional dos tecidos. Plano de Estudo Esta unidade conta com as seguintes aulas: Aula: 09 – Endocitose e Exocitose Aula: 10 – Domínios de Membrana Aula: 11 – AMP-Cíclico Aula: 12 – Meios de Comunicação das Células Aula: 13 – Citoesqueleto Aula: 14 – Junções Intercelulares
  • 36. BIOLOGIA CELULAR36 UNIMES VIRTUAL Aula: 09 Temática: Endocitose e Exocitose Olá amigos! Na aula passada, estudamos os principais meios de transporte usados pelas células. Nesta aula, va- mos complementar nosso estudo sobre os meios de trans- porte abordando dois métodos gerais para o transporte de substâncias. Exocitose A exocitose é o mecanismo pelo qual a célula elimina algum produto de dentro dela. Essa substância pode ser um hormônio, uma proteína ou um “lixo” celular, ou seja, substâncias não úteis advindas do metabolismo ce- lular. Veja abaixo um exemplo de exocitose de uma proteína. Endocitose A endocitose se refere ao processo de internalização de substância para a célula. Pode ser classificada em geral ou específica e, um outro sistema de classificação é baseado no tipo da substância a ser internalizada. Para substâncias grandes ou sólidas damos o nome de fagocitose e para subs- tâncias pequenas ou líquidas chamamos de pinocitose. M A proteína é liberada para o meio exterior e a vesícula é incorporada na membrana plasmática No ponto de contato entre as membranas ocore uma fusão Ocorre a fusão entre a membrana da vesícula e a membrana plasmática A proteína é embalada em uma vesícula de transporte 1 2 3 4
  • 37. BIOLOGIA CELULAR 37 UNIMES VIRTUAL Endocitose Geral A célula pode “pegar” substâncias do meio externo para o interno. Este mecanismo de internalização é realizado quando a célula pretende absor- ver várias moléculas, diferentes ou não, do meio externo. Genericamente podemos fazer uma analogia dizendo que a endocitose é uma exocitose ao contrário. Endocitose Específica Quando a célula necessita absorver um determinado tipo de partícula do meio externo, a endocitose específica ou seletiva é a via preferencial. Veja o exemplo abaixo: Podemos concluir que independente da substância e/ou di- reção de transporte de uma substância, a membrana celular é peça fundamental para a manutenção do funcionamento da célula. Membrana plasmática 1 Local de ligação da subs- tância e invaginação da membrana 2 Separação da membrana para formação da vesícula 3 Revestimento da vesícula com a proteína clatrina Os filamentos de actina transportam a vesícula para um local específico no citoplasma 4
  • 38. BIOLOGIA CELULAR38 UNIMES VIRTUAL Aula: 10 Temática: Domínios de Membrana Vamos abordar na aula de hoje, uma função especial das membranas biológicas para a manutenção do equilíbrio ce- lular. Um conceito que vocês devem sempre ter em mente, é que as células estão em comunicação constante umas com as outras, e com o meio externo, para manter o equilíbrio funcional delas mesmas e do organismo numa forma em geral. Para isso acontecer, sinais químicos chegam a todo o momento na célula e para responder ao estímulo, este tem que interagir com a membrana celular. A membrana possui proteínas especiais denominadas de receptores de membrana. Os receptores têm a função de receber um estímulo químico para que a célula possa responder ao mesmo. Para cada estímulo existe um receptor específico. Algumas drogas podem interagir com o mesmo receptor, neste caso, são chamadas de competidores. Vamos ver alguns exemplos: No exemplo acima, o estímulo é o hormônio denominado adrenalina, pro- duzido na glândula supra-renal. O receptor de membrana recebe um nome de acordo com o tipo de estímulo (neste caso o hormônio), então, deno- minamos o receptor de adrenérgico. Quando a adrenalina se liga no seu receptor adrenérgico à célula responde de acordo. Se fosse a membrana de uma célula muscular cardíaca, a resposta seria um aumento na força de contração muscular. Meio externo Meio interno adrenalina Receptor de membrana
  • 39. BIOLOGIA CELULAR 39 UNIMES VIRTUAL Neste segundo exemplo, temos a ação de duas substâncias químicas competindo pelo mesmo receptor. Quando uma pessoa passa por um pro- cedimento cirúrgico, como o anestésico consegue bloquear o estímulo da dor? Ou então, quando temos uma dor de cabeça e tomamos um analgé- sico, como este consegue inibir a dor? A resposta para estas perguntas está na membrana! Os estímulos de dor ativam um sistema especial e bem complexo deno- minado de nocicepção. A nocicepção pode ser definida como sendo um sistema sensorial responsável pela experiência da dor. Um sistema com- plexo de neurônios libera uma substância que, em contato com o receptor (neste caso denominado de nociceptores) provoca a sensação da dor. A substância em questão é conhecida como substância P. Para bloquear a sensação da dor, o anestésico ou o analgésico, tem que se ligar aos nociceptores, não deixando, assim, a substância P estimular a célula. Por este motivo, dizemos que a substância P e o anestésico/analgé- sico, são competidores. Outro exemplo de competidores naturais é o álco- ol e a acetilcolina, um mensageiro químico que faz os músculos estriados esqueléticos se contraírem. Por isso uma pessoa que bebe além da conta tem seus reflexos retardados, pois ao invés da acetilcolina se encaixar nos receptores (colinérgicos), a molécula de álcool se encaixa primeiro, deixando o estímulo para a contração fraco. Podemos concluir que a membrana celular é, sem dúvida, peça chave para a célula responder aos estímulos do meio externo, possibilitando a interação entre os diversos tipos de células do organismo. Até a próxima aula! Meio externo Meio interno Substância P Receptor de membrana anestésico
  • 40. BIOLOGIA CELULAR40 UNIMES VIRTUAL Aula: 11 Temática: AMP-Cíclico Olá turma! Hoje vamos descrever um processo especial que ocorre a partir da membrana celular. Estas reações permi- tem a célula responder a estímulos pequenos, e com isso garantir com que a célula estimulada possa realizar suas funções. Sistema AMP-c Também conhecido como sistema de segundo mensageiro, utiliza um sis- tema de reação química em cascata através de um composto químico denominado Adenosina Mono Fosfato ou AMP. O AMP é derivado da quebra do ATP, sendo retirado destas duas moléculas de fosfato, formando assim, o monofosfato de adenosina. Um exemplo clássico da utilização do sistema de segundo mensageiro é quando a célula é estimulada a absorver glico- se. Vejamos como ocorre: A figura 01 mostra o detalhe da membrana celular da célula hepática. A célula hepática tem a capacidade de armazenar grandes quantidades de glicose. O estímulo para que isso acontece vem através de um hormônio produzido e liberado pelo pâncreas, a insulina. Para gerar o sistema de segundo mensageiro a insulina deve se ligar a seu receptor (receptor insu- línico) de membrana. glicoseinsulina Figura 1 Repositor insulínico
  • 41. BIOLOGIA CELULAR 41 UNIMES VIRTUAL A figura 02 mostra o momento de ligação entre a insulina e seu receptor. A reação resultante produz uma proteína na face citoplasmática da mem- brana denominada adenilciclase (estrela azul). Logo após que a adenilciclase é produzida ela migra para o interior do citoplasma onde, então, tem início uma cascata de reações químicas que, ao final, fazem com que a célula abra uma porta de entrada na membrana para a glicose ser internalizada. Podemos concluir que o sistema de AMP-c é de grande uti- lidade para a célula, pois mesmo em concentrações peque- nas de insulina, o estimulo final é amplificado, permitindo que assim, a célula absorva glicose. E vale lembrar também que sem in- sulina a célula não pode fazer o mecanismo da cascata, então a insulina continua sendo a chave principal para a internalização da glicose. Participe de espaço interativo e esclareça suas dúvidas! Figura 2 ATP – ase ATP AMP+2P
  • 42. BIOLOGIA CELULAR42 UNIMES VIRTUAL Aula: 12 Temática: Meios de Comunicação das Células Em nossa aula abordaremos um assunto extremamente im- portante para o funcionamento das células. Ao contrário do que a maioria das pessoas pensam, todas as nossas células estão em constante contato umas com as outras para garantir um ambien- te funcional perfeito. A maior parte das atividades básicas que as células realizam, tais como: diferenciação, multiplicação, secreção, contração, movimentação e até mesmo a morte, depende de um estímulo, proveniente de outras células. Dependendo do estímulo a célula responde realizando uma tarefa em par- ticular. O ato de estimular as células através da membrana é chamado de indução e, é realizada por substâncias denominadas indutoras. O indutor atua so- bre uma célula-alvo (que recebe o estímulo) através de um receptor (nor- malmente uma proteína de membrana). Fazendo uma analogia, o receptor funciona como uma fechadura e o indutor como a chave; sendo assim, cada receptor é específico para um indutor diferente. Existem dois tipos básicos de indução: a) indução local, feita através de três mecanismos: parácrina, autócrina e contato direto; b) indução à distância ou neuroendócrina. Comunicação Local – Parácrina O termo parácrina deriva do grego pará = contigüidade e crina = secre- ção. Neste tipo de comunicação a substância indutora é produzida por uma célula que está próxima à célula-alvo. Célula indutora indutor Célula - alvo
  • 43. BIOLOGIA CELULAR 43 UNIMES VIRTUAL Comunicação Local – Autócrina Na comunicação autócrina (gr. auto = a si próprio) além da substância indutora atingir a célula-alvo, a própria célula que produziu a substância indutora é estimulada também. Comunicação Local – Contato Direto Como o nome já diz, para que haja o estímulo, a célula indutora encosta no receptor da célula-alvo com a substância indutora. Este tipo de comunica- ção é a mais simples e mais antiga forma de comunicação celular. Comunicação Neuroendócrina Sem dúvida este é um tipo especial de comunicação celular e só foi possí- vel com a evolução do sistema nervoso. Nós possuímos alguns neurônios (células nervosas) que têm a função de produzir hormônios. Estes neurô- nios são chamados de células neuroendócrinas e atuam num complexo sistema de controle das funções do organismo a longas distâncias. Neste caso, a substância indutora é liberada dentro da corrente sanguínea e é levada com o sangue até a célula-alvo. Agora é a sua vez... Procure na bibliografia, dois tipos de induções especiais que as células utilizam: através do AMP-cíclico e através da proteína G. Célula indutora indutor Célula - alvo Auto - indução
  • 44. BIOLOGIA CELULAR44 UNIMES VIRTUAL Aula: 13 Temática: Citoesqueleto Dando continuidade a nossa unidade, veremos a seguir as estruturas que dão estrutura às células, contribuindo, assim, para seu funcionamento. Como já foi dito na unidade I, a membrana dá forma às células, mas ela não realiza essa função sozinha; para tal, a célula necessita de filamentos e armações para adquirir uma forma específica. Nossas células possuem uma armação (formada por proteínas) espalhada pelo citoplasma a qual recebeu o nome de citoesqueleto. Fazendo uma analogia, o citoesqueleto seria as varetas que mantêm seu guarda-chuva aberto. Em nosso caso, o citoesqueleto dá forma à célula. Mas esta é apenas uma das funções em comum do citoesqueleto. Os componentes protéicos do citoesqueleto podem ser divididos em três gru- pos: (a) microfilamentos ou filamentos de actina, (b) filamentos interme- diários e (c) Microtúbulos ou filamentos grossos. Além desses grupos de proteínas, temos um outro conjunto denominado de proteínas acessórias que dão assistências ao citoesqueleto. Embora estejam presentes em todas as células de eucariotos, a quanti- dade e distribuição dos componentes do citoesqueleto diferem de célula para célula. Microfilamentos Também conhecidos como filamentos finos ou filamentos de actina, são estruturas compostas por uma proteína chamada actina, a qual foi iden- tificada pela primeira vez nas células musculares, mas que está presente em todas as células. Possuem diâmetro de 7 a 9nm, são bem flexíveis, contráteis, associam-se em feixes e raramente são encontrados isoladamente. A actina é um po- límero (estrutura formada pela associação de várias moléculas) podendo ser formado em qualquer parte do citoplasma.
  • 45. BIOLOGIA CELULAR 45 UNIMES VIRTUAL São funções dos microfilamentos: • Forma das células; • Formação do cinturão de adesão (será discutido na próxima aula); • Transporte de organelas; • Movimentação de células; • Participa da citocinese (será discutido na unidade IV); • Participam da contração muscular. Filamentos Intermediários O diâmetro dos filamentos intermediários varia de 9 a 10 nm. A composi- ção química, distribuição e morfologia dos filamentos intermediários são amplas, por isso, são agrupados em seis classes: 1) laminofilamentos 2) filamentos de queratina 3) filamentos de vimentina, 4) filamentos e desmina, 5) filamentos gliais 6) neurofilamentos. Todos os filamentos intermediários apresentam a mesma organização es- trutural, são polímeros cujos monômeros são proteínas que apresentam uma estrutura fibrosa, o que os diferencia dos filamentos grossos e dos microfilamentos, que possuem estrutura globular. Funções dos Filamentos Intermediários • Formam redes que conectam a membrana plasmática com o envoltório nuclear; • Contribuem para a manutenção da forma celular; • Estabelecem as posições das organelas no citosol; • Função mecânica, por isso, são mais desenvolvidos nas células sujeitas às grandes tensões.
  • 46. BIOLOGIA CELULAR46 UNIMES VIRTUAL Laminofilamentos – apoiada na superfície interna do núcleo, existe uma fina malha de filamentos intermediários. É responsável pela forma e resis- tência do envoltório nuclear. Filamentos de queratina – encontram-se nas células epiteliais, particular- mente na epiderme e seus derivados, nas glândulas e nas mucosas. Está associada a junções intercelulares com as quais formam emaranhados filamentosos unindo as células epiteliais, o que confere a estas grande parte de sua resistência à tração. Filamentos de vimentina – localizam-se nas células de origem mesodér- mica, nos fibroblastos, células endoteliais, células sanguíneas, etc. Filamentos de desmina – são encontradas nas células musculares estria- das ou não-estriadas. Filamentos gliais – encontram-se nos astrócitos e nos oligodendrócitos do sistema nervoso periférico. Neurofilamentos – são os principais filamentos estruturais dos neurônios. No axônio formam um emaranhado conferindo a este muita resistência. Filamentos Grossos ou Microtúbulos São filamentos presentes em quase todas as células de eucariotos, medem cerca de 22 a 24 nm de diâmetro. Caracterizam-se pelo seu aspecto tubu- lar e por serem notavelmente retilíneos e uniformes. São compostos por unidades protéicas chamadas tubulinas. De acordo com sua localização são classificados em: citoplasmáticos, mitóticos, ciliares e centriolares. Funções dos Microtúbulos • Fazem o transporte de organelas e macromoléculas; • Contribuem para a forma celular; • Movimentam os cromossomos durante a divisão celular (microtúbulos mitóticos); • Formam os cílios e flagelos responsáveis pela movimentação celular (microtúbulos ciliares); • Formam os centríolos.
  • 47. BIOLOGIA CELULAR 47 UNIMES VIRTUAL Proteínas Acessórias ao Citoesqueleto • Proteínas Reguladoras – controlam os processos de alongamento e re- dução dos filamentos do citoesqueleto; • Proteínas de Associação – conectam os filamentos do citoesqueleto entre si, ou com outros componentes das células; • Proteínas Motoras – servem para transporte de organelas ou macromo- léculas de um ponto a outro do citosol. Gostou da aula? Então envie suas dúvidas e comentários!
  • 48. BIOLOGIA CELULAR48 UNIMES VIRTUAL Aula: 14 Temática: Junções Intercelulares Olá... Em nossa aula, discutiremos as estruturas que man- têm as células unidas formando um bloco de sustentação. Essas importantes junções estão presentes principalmente no tecido epitelial. Nosso organismo é formado por níveis de organização, da mesma forma que você teve que cursar o ensino infantil, fundamental, médio para chegar até o ensino superior, nossas células se organizam em diferentes grupos para formar nosso organismo. Quando as células se agrupam formam tecidos, que se agrupam formando os órgãos, que se agrupam formando os sistemas, que, finalmente, se agrupam formando o organismo. Um tipo especial de tecido é o epitelial, que apresenta células bem próximas umas das outras com a finalidade de proteção física contra agentes externos. Mas a questão agora não é dis- cutir sobre tecidos, mesmo porque vocês terão uma disciplina para isso. O importante é saber que as junções são encontradas em células que estão bem próximas umas das outras e, só se mantêm desse jeito devido às junções intercelulares. As membranas de algumas células se modificam para mantê-las unidas, atuar como barreiras, facilitar a troca de substâncias e permitir a comuni- cação intercelular. Os complexos juncionais são formados pelos seguintes componentes: junção de oclusão, junção de adesão, desmossoma, hemi- desmossoma e junção comunicante. Junção de Oclusão – também conhecida como zônula ocludens, é o com- ponente mais comum. As membranas das células adjacentes se fundem, com a resultante obstrução do espaço intercelular. Pode ser observada uma condensação do citoplasma em ambos os lados. A função desta jun- ção é formar uma barreira protetora, e selecionar substâncias do meio externo. Junção de Adesão – ou também chamada de zônula adherens, caracteri- za-se pela justaposição das membranas adjacentes, mas estas não estão fundidas por completo e sim separadas por um espaço preenchido por material glicoprotéico (açúcar + proteína), o qual age como uma cola.
  • 49. BIOLOGIA CELULAR 49 UNIMES VIRTUAL Desmossoma e hemidesmossoma – estão espalhados pela membrana de forma descontínua. O lado citoplasmático da membrana está forma- do por um acúmulo de filamentos do citoesqueleto. Os desmossomas se localizam na parte lateral da membrana enquanto os hemidesmossomas (metade de um desmossoma; hemi = metade) são encontrados na base da célula. Junção Comunicante – recebem também o nome de junção GAP ou néxon, assemelha-se a junção de oclusão, mas tem a forma hexagonal e a membrana contém poros (buracos) que permite a passagem de substân- cias de uma célula para outra. Normalmente, encontramos as junções do tipo GAP nas células musculares cardíacas, que neste tecido, servem para distribuir a corrente elétrica que faz com que o coração possa bater. A seta representa o desmossoma unindo duas células. Cada barra está de um lado da membrana de cada célula A seta representa o hemides- mossoma. (A) é o meio extra- celular e em (B) temos a parte basal da célula. Podemos concluir, ressaltado que a importância das junções intercelulares reside no fato de que são estruturas respon- sáveis pela resistência à tração protegendo o tecido contra abrasões. Faça um teste! Puxe sua pele o máximo que puder. Você conse- guiu arrancar um pedaço da sua pele? Não! Bom, isso é porque centenas de células estão conectadas umas nas outras e ao mesmo tempo ancora-
  • 50. BIOLOGIA CELULAR50 UNIMES VIRTUAL das em tecidos mais profundos, não deixando assim, o tecido arrebentar. Até a próxima aula! Indicações de Leitura IVANOV, A. I.; McCALL, I. C.; BABBIN, B.; SAMARIN, S. N.; NUSRAT, A.; PARKOS, A. A. Microtubules regulate disassembly of epithelial apical junctions. BMC Cell Biol. 7:12-31, 2006. Disponível em http://www.bio- medcentral.com/1471-2121/7/12 MÜNTER, S.; ENNINGA, J.; VAZQUEZ-MARTINEZ, R.; DELBARRE, E.; DI- VID-WATINE, B.; NEHRBASS, U.; SHORTE, S. L. – Actin polymerization at the cytoplasmic face of eukaryotic nuclei. BMC Cell Biol. 7:23-36, 2006. Disponível em: http://www.biomedcentral.com/1471-2121/7/23 DE ROBERTIS, E. M. F. Base da Biologia Celular e Molecular. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koogan. 3ª ed. 2001.
  • 51. BIOLOGIA CELULAR 51 UNIMES VIRTUAL Resumo - Unidade II As células estão em constante comunicação umas com as outras a fim de realizarem suas funções básicas. O ato de trocarem estímulos químicos permite as células sua sobre- vivência dentro do seu microambiente. Para proporcionar uma estrutura coesa ao tecido, as células, em particular as do tecido epitelial, muscu- lares, apresentam especializações de membrana, responsáveis por uma serie de funções tanto estruturais quanto motoras. A manutenção destas estruturas é fundamental para a fisiologia celular. Referências Bibliográficas BOLSOVER, S. R. Biologia Celular. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koo- gan. 2ªed. 2005. CARVALHO, H. F. RECCO-PIMENTEL, S. H. A célula 2001. São Paulo. Ed. Manole. 2001. DE ROBERTIS, E. M. F. Base da Biologia Celular e Molecular. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koogan. 3ª ed. 2001. JUNQUEIRA, L. C. CARNEIRO, J. Histologia Básica. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koogan. 10ª ed. 2004. Glossário • AMP-cíclico – composto químico proveniente da quebra do ATP, cuja função é potencializar um estímulo químico. • Centríolo – organela presente em par na célula. Responsável pela movi- mentação dos cromossomos durante a divisão celular. • Citoesqueleto – conjunto de filamentos protéicos que desempenham funções estruturais nas células. • Cromossomos – filamento de DNA totalmente enrolado sobre ele mesmo.
  • 52. BIOLOGIA CELULAR52 UNIMES VIRTUAL Exercício de auto-avaliação II 1) São exemplos de comunicação local: Parácrina, autócrina e indutoras Contato direto, autócrina e parácrina Indutoras, contato direto e autócrina Autócrina, neuroendócrina e parácrina 2) São funções do citoesqueleto, exceto: Dar forma às células Transporte de organelas Função mecânica reconhecimento de moléculas 3) “Possuem diâmetro de 7 a 9nm, flexíveis, contráteis e associam-se e feixes”, são ca- racterísticas que qual componente do citoesqueleto? Filamentos intermediários Filamentos de queratina Filamentos finos Filamentos de vimentina 4) Qual das junções abaixo só é encontrada na membrana basal da célula? Junção de oclusão Junções de adesão Mácula adherens Hemidesmossoma 5) Permitir a passagem de substâncias de uma célula para outra é função de qual junção intercelular? Desmossoma Junção comunicante Hemidesmossoma Junção de Adesão a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d)
  • 53. BIOLOGIA CELULAR 53 UNIMES VIRTUAL Unidade III Elementos Subcelulares – As Organelas Objetivos Reconhecer a estrutura e funções dos elementos subcelulares e relacionar sua importância para a homeostase celular. Plano de Ensino Esta unidade conta com as seguintes aulas: Aula: 15 – Retículo Endoplasmático Aula: 16 – Complexo Golgiense Aula: 17 – Lisossomas Aula: 18 – Mitocôndrias Aula: 19 – Estudo da Organização Geral da Célula Aula: 20 – Tipos Celulares
  • 54. BIOLOGIA CELULAR54 UNIMES VIRTUAL Aula: 15 Temática: Retículo Endoplasmático - RE Nesta unidade, vamos dar início a partir desta aula ao es- tudo das organelas ou elementos subcelulares. A primeira organela que estudaremos é o Retículo Endoplasmático. Existem dois tipos de Retículo Endoplasmático, cada um desempenhando funções específicas dentro da célula, mas uma função é comum a essas organelas: o transporte de substâncias ao longo do citoplasma. São clas- sificados em: (a) Retículo Endoplasmático Granular (REG) e (2) Retículo Endoplasmático Agranular (REA). Retículo Endoplasmático Granular - REG O REG é um conjunto de tubos ocos encontrados no citoplasma, estando em associação com a membrana plasmática e com o REA. De acordo com estudos sobre a evolução das células, as primeiras que surgiram no planeta, por serem muito simples (chamadas de procariotas), apresentavam seu material genético desprotegido dentro do citoplasma. Isso representava um perigo constante, pois qualquer agressão que estas células sofressem poderia danificar o material genético. Um importante passo para evolução das células foi o surgimento de uma organela que por processo de invaginação foi aos poucos cercando o ma- terial genético, isolando-o do citoplasma e protegendo-o de agressões. Esta organela foi o retículo endoplasmático granular, mas devido ao fato de uma parte deste ser destinada a proteção do material genético, foi criada uma nomenclatura específica, sendo chamado de núcleo. Portanto, o nú- cleo das células nada mais é do que um REG que tem a função principal de envolver o material genético. Mas abordaremos a função do núcleo mais adiante. O REG recebe este nome devido à presença de pequenos grânulos aderi- dos em sua membrana chamados de ribossomos. O REG tem a função de síntese de proteínas destinadas à exportação, ou seja, proteínas que não vão ser utilizadas pela célula que a produz, mas por outras células.
  • 55. BIOLOGIA CELULAR 55 UNIMES VIRTUAL Retículo Endoplasmático Agranular - REA O REA também é um conjunto de tubos ocos, espelhados pelo citoplasma, com a diferença de ser um tubo liso, não apresentando os ribossomos em sua superfície externa. Realiza dois tipos de funções distintas: síntese de lipídeos e a desintoxicação de substâncias. A síntese de lipídeos é destinada à formação de hormônios que possuem como matéria-prima a molécula de colesterol. Por exemplo: os hormônios sexuais são classificados como sendo hormônios esteróides. Quando você absorve o colesterol proveniente da digestão das gorduras, este é direcio- nado para células que terão como função montar os hormônios sexuais; no homem esta célula é chamada de Leydig e na mulher existem duas células a folicular e a da teca interna. Todas estas células possuem um citoplasma repleto de REA. Assim conseguem produzir testosterona (hormônio masculino) e estro- gênios e progestágenos (hormônios femininos). Em relação à segunda função, compostos químicos tóxicos não podem circular pelo sangue ou serem mandados direto ao rim para serem filtrados. Então, antes que isso aconteça nas células hepáticas, ricas em REA, acontece a desintoxicação, que nada mais é do que a transformação de substâncias agressivas em compostos menos agressivos. Podemos citar o exemplo da amônia um composto altamente tóxico produzida no final da digestão. No REA a amô- nia é quebrada em uréia e ácido úrico que são eliminadas do organismo pela urina. O ácido úrico também é excretado pelo suor. Fotomicrografia Eletrônica de um plasmócito evidenciando a grande quan- tidade de REG no citoplasma (seta) e N (núcleo).
  • 56. BIOLOGIA CELULAR56 UNIMES VIRTUAL Fotomicrografia Eletrônica da célula de Leydig de camundongo evidencian- do a grande quantidade de REA (setas), M (mitocôndrias) e N (núcleo). Podemos concluir que dependendo da função da célula te- remos uma quantidade maior de REG ou REA. Mas de um modo geral encontraremos com mais freqüência nas células o REG em comparação ao REA, pois este realiza funções mais específicas. O que achou da aula? Nos envie suas dúvidas e sugestões!
  • 57. BIOLOGIA CELULAR 57 UNIMES VIRTUAL Aula: 16 Temática: Complexo Golgiense - CG Daremos continuidade à exploração dos elementos subcelu- lares. O assunto desta aula será o Complexo Golgiense, orga- nela que está associada ao REG em uma de suas funções. O Complexo Golgiense recebeu este nome em homenagem a seu desco- bridor, um grande pesquisador de seu tempo e ganhador do Prêmio Nobel de Medicina em 1906, o Italiano Camillo Golgi. Golgi evidenciou esta orga- nela muito antes de ser realmente observada pela primeira vez através da microscopia eletrônica. O Complexo Golgiense é um conjunto de sáculos ocos e achatados, re- vestidos por membrana, com no mínimo 3 e no máximo 9 sáculos. Sua localização no citoplasma é, geralmente, próxima ao núcleo. Ao redor do complexo podem ser vistas vesículas denominadas de transporte. O CG realiza três funções básicas: a) modificação das proteínas; b) produção de lisossomas e c) produção do acrossoma. a) Modificação das Proteínas Uma das funções mais importantes do complexo Golgiense é na modifica- ção da estrutura das proteínas. Dependendo da necessidade do organismo podemos ter a produção de dois tipos especiais de proteínas: as glicopro- teínas e as lipoproteínas. A primeira é o complexo protéico mais açúcar e a segunda é o complexo protéico mais gordura. O primeiro estágio é a montagem da proteína no REG, logo após a proteína é lançada no CG que vai adicionando a estrutura da proteína outras substâncias. b) Lisossomas Os lisossomas são vesículas de transporte modificadas para função de digestão celular (ver adiante). Têm, normalmente, forma esférica e são constituídas por enzimas digestivas. São encontrados em células de defe- sa do organismo. c) Acrossoma O acrossoma é um tipo especial de lisossoma. Tem a mesma função de di- gestão celular, porém é encontrado somente nas células sexuais masculi-
  • 58. BIOLOGIA CELULAR58 UNIMES VIRTUAL nas (os espermatozóides). O acrossoma ajuda no processo de fecundação, quando os espermatozóides têm que destruir as camadas protetoras que circundam o ovócito. O acrossoma possui forma parecida a um capuz e se encontra a cima do núcleo. O Complexo Golgiense apresenta duas faces ou duas extremidades. Uma extremidade é mais convexa e está voltada para o núcleo da célula e, é denominada face cis; é por esta face que as proteínas a serem modificadas entram no CG. A segunda face, denominada face trans é mais côncava e é o local de saída da proteína, a qual depois de modificada, deixa o interior do CG embalada em uma vesícula de transporte. Podemos concluir que dependendo da função que a célula exercer, o CG pode estar mais ou menos desenvolvido, ou seja, estará em maior número e apresentará mais sáculos nas células com produção de proteínas conjugadas como é o exemplo das células produtoras de muco na traquéia. O muco é uma glicoproteína que lubrifica a parede interna da traquéia. Participe do espaço interativo e esclareça suas dúvidas e comentários.
  • 59. BIOLOGIA CELULAR 59 UNIMES VIRTUAL Aula: 17 Temática: Lisossomas Olá amigos! Continuando nossa aula sobre elementos sub- celulares, abordaremos hoje uma importante organela que está presente nas células de defesa do nosso organismo. Vamos lá! Como visto na aula anterior, os lisossomas são organelas derivadas do Complexo Golgiense, possuem forma esférica e podem ser divididos em dois tipos: a) lisossomas primários e b) lisossomas secundários. Os li- sossomas possuem três funções básicas: digestão intracelular, digestão extracelular e autofagia. Os lisossomas são classificados em primário ou secundário de acordo com sua ação, ou seja, primários são aqueles que ainda não foram utili- zados pelas células; possuem conteúdo distribuído de forma homogênea, geralmente de coloração escura. Os lisossomas secundários, por outro lado, já foram utilizados pelas células, possuindo material heterogêneo, geralmente, de coloração mais clara. Digestão Intracelular Algumas células de defesa do organismo, como por exemplo, os macrófa- gos, possuem vários lisossomas em seu citoplasma. Quando uma bactéria penetra no organismo, o sistema de defesa é ativado, mandando para o local da infecção a primeira linha de defesa, que são os macrófagos e os neutrófilos. Após as células de defesa internalizar as bactérias em um processo deno- minado de fagocitose, estas são mandadas para o citoplasma da célula revestidas por uma parte da membrana da própria célula; uma vez dentro da célula, a bactéria que está revestida por membrana é chamada de fa- gossoma. Os lisossomas, agora, aproximam-se do fagossoma e despejam suas enzi- mas dentro do fagossoma, no intuito de destruir as bactérias. Digestão Extracelular Para poder explicar o processo de digestão extracelular vamos dar o se- guinte exemplo: Quando uma pessoa procura um dentista para usar um
  • 60. BIOLOGIA CELULAR60 UNIMES VIRTUAL aparelho ortodôntico. Você já se perguntou como funciona? Mas não vale responder que é para ajustar a dentição ou para diminuir um espaço entre os dentes. A pergunta é: você conhece como ocorre o mecanismo biológi- co que permite o aparelho ortodôntico diminuir o espaço entre os dentes? Não! Ora, então vamos aprender..... A maior alegria dos ortodontistas é apertar o aparelho na boca do pacien- te! Mas qual a razão desta tortura? Quando o dentista aperta o aparelho, ele provoca uma força de tração. Esta força estimula uma célula do teci- do ósseo denominada osteoclasto. O dente fica preso em uma estrutura óssea na maxila inferior chamada de alvéolo. Para que o dente consiga se mover, conforme a direção da tração, o osteoclasto tem que quebrar a matriz extracelular, que no tecido ósseo é dura e constituída por cristais de hidroxiapatita. Para quebrar os cristais de hidroxiapatita, os lisossomas presentes no osteoclasto liberam suas enzimas em cima da matriz óssea tornando-a maleável. Como a ação dos lisossomas está sendo feita fora da célula, denominamos de digestão extracelular. Agora com o osso “mole”, a força de tração consegue empurrar o dente para sua posição correta. Autofagia A autofagia é um mecanismo de reciclagem dentro das células. A palavra deriva do grego autos = a si próprio e fagia = comer. Então, traduzindo, temos um processo de “comer partes da própria célula”. Quando temos organelas velhas, a célula tem que substituir por outras no- vas, por que estas já não realizam suas funções de forma adequada. Mas o que fazer com a organela antiga? O lisossoma, nestes casos, engloba a organela e a destrói com suas enzimas, fazendo uma reciclagem dentro da célula. Fotomicrografia Eletrônica de um eosinófilo. Os grânulos escuros de for- mato mais arredondado são os lisossomas.
  • 61. BIOLOGIA CELULAR 61 UNIMES VIRTUAL Concluímos que os lisossomas são elementos importantes para a defesa do organismo, pois com suas enzimas, conse- guem quebrar quase qualquer substância orgânica conhe- cida. Cada lisossoma pode apresentar mais de 100 tipos diferentes de enzimas. Vamos lá! Argumente em nosso espaço interativo!
  • 62. BIOLOGIA CELULAR62 UNIMES VIRTUAL Aula: 18 Temática: Mitocôndria Hoje vamos estudar uma das mais importantes organelas. Sua função faz com que as células consigam produzir ener- gia necessária para realizar suas atividades diárias... A mitocôndria apresenta a mais controversa história em relação a sua origem. De acordo com as teorias existentes a mitocôndria teria sido a milhões de anos, uma bactéria de vida livre que teria sido fagocitada por uma célula primitiva. Só que, ao invés de ser destruída houve uma relação de simbiose, ou seja, de ajuda mútua entre a bactéria e a célula, na qual resultou com a evolução a organela conhecida como mitocôndria. Essa é a teoria mais aceita pelo fato de que a mitocôndria possui dupla membrana (quando uma substância é fagocitada, ela é internalizada reves- tida por um pedaço da membrana da célula) e possui seu próprio DNA, que é totalmente diferente do DNA nuclear. Existem dois tipos morfológicos de mitocôndrias: uma é mais alongada e a outra mais arredondada. A primeira é mais amplamente distribuída do que a segunda, pois esta apresenta função mais específica. Abaixo veja um esquema representando a mitocôndria: A função básica da mitocôndria é a produção de energia na forma de ATP.
  • 63. BIOLOGIA CELULAR 63 UNIMES VIRTUAL Produção de ATP O ATP (Adenosina Tri-Fosfato) é uma molécula produzida através do ciclo de Krebs (também chamado de ciclo do ácido cítrico), que ocorre em sua primeira etapa dentro da matriz mitocôndrica e em uma etapa posterior na membrana interna. O ATP funciona como “combustível” para célula; a maioria das reações químicas ocorre devido à quebra do ATP. Esta reação de quebra é mediada por uma enzima denominada de ATP-ase, a qual separa uma molécula de fosfato do grupo, originando ADP+Pi (adenosina di-fosfato + fosfato inorgânico). Quando esta reação acontece é liberada energia sob forma de calor para que a célula reaja a um determinado es- tímulo. A matéria-prima usada para a produção de ATP é a glicose derivada dos carboidratos ingeridos. Outra forma de produção de ATP é quando utiliza- mos aminoácidos (derivados das proteínas) e ácidos graxos (derivados das gorduras), este processo é conhecido como gliconeogênese e é rea- lizado na ausência dos carboidratos. O DNA Mitocondrial (DNA-mt) ODNA-mtétotalmentediferentedoDNAnuclear,possuiduplahélicecircular, com número variado de moléculas por mitocôndria. A herança mitocondrial é estritamente materna, ou seja, somente as mitocôndrias existentes nos ovócitos são passadas paras os descendentes. O DNA-mt codifica proteínas necessárias à produção de ATP, RNA ribossômicos e transportadores. Com o acúmulo de radicais livres as mitocôndrias vão perdendo suas fun- ções, o que resulta na diminuição da produção de ATP. Em conseqüência a falta de ATP nas células, temos o envelhecimento do tecido. A fala de energia para as células pode acarretar em outras doenças, principalmente de sistema nervoso, coração, músculos e rins. Como pudemos ver, a mitocôndria realiza uma função de extrema importância não só para a fisiologia celular, mas também para o bom funcionamento do corpo humano. Não esqueça de tirar suas dúvidas em nosso espaço interativo.
  • 64. BIOLOGIA CELULAR64 UNIMES VIRTUAL Aula: 19 Temática: Estudo da Organização Geral da Célula ao Microscópio Eletrônico de Transmissão Procure na Internet ou em livros de Biologia Celular fotos de células e tente seguir os passos abaixo para identificação das organelas. 1) Identifique a(s) célula(s) ou parte(s) de célula(s) presente(s) na mi- crografia. 2) Identifique o(s) núcleo(s) • Se estiverem presentes na micrografia (plano de corte) • Representam um ponto de partida e, • Uma referência no que diz respeito ao tamanho das outras organelas. 3) Identifique a membrana plasmática • Siga seu percurso, definindo, portanto, seus limites celulares • Preste atenção ao plano de corte • Planos oblíquos fazem com que se tenha maior dificuldade na sua visu- alização 4) Identifique as organelas • Inicialmente – Mitocôndrias Posteriormente: • Realize o exame detalhado do RE e de outras organelas • Observe as proporções relativas das outras organelas • Explore os aspectos que podem ser deduzidos sobre sua função celular
  • 65. BIOLOGIA CELULAR 65 UNIMES VIRTUAL A) Explorando a Membrana Plasmática • Interface dinâmica entre o meio interno da célula e os diversos ambien- tes externos Note: • Células adjacentes • Espaços intercelulares • Pólos apicais e basais • Adesão célula - célula ou célula - outras estruturas do meio intercelular • Ocorrência de vesículas de endocitose e/ou exocitose B) Explorando o Núcleo • Maior organela da célula Note: • Nucleoplasma = matriz ou conteúdo nuclear • Envoltório nuclear = sistema de membranas que envolvem o núcleo C) Explorando o Citoplasma Note: • Grande variedade de organelas. Retículo Endoplasmático (RE) • Amplo sistema de membranas formado por túbulos, sáculos e cisternas achatadas, distribuído por todo o citoplasma.
  • 66. BIOLOGIA CELULAR66 UNIMES VIRTUAL Complexo Golgiense • Sistema de estruturas membranosas saculares (3-7), que se encontra com maior freqüência próximo ao núcleo. Mitocôndrias • Organelas que possuem dupla unidade de membrana. Uma externa lisa e outra interna pregueada na forma de estruturas em prateleiras ou digiti- forme. Vesículas Citoplasmáticas • Além das principais organelas, existem no citoplasma uma variedade de estruturas envolvidas por membranas. • Lisossomos • Peroxissomos Grânulos Citoplasmáticos • Grânulos de secreção exócrina • Grânulos de neuro – secreção e hormônios • Grânulos de melanina • Outros pigmentos citoplasmáticos IMPORTANTE • Os sistemas membranosos têm o papel biofísico de isolar compartimentos. • Compartimentos envolvidos por membrana se constituem em ambiente bioquímico específico. • As membranas incorporam sistemas enzimáticos, e são, elas mesmas, locais onde se processam reações bioquímicas específicas.
  • 67. BIOLOGIA CELULAR 67 UNIMES VIRTUAL Citosol • Meio fluído no qual estão distribuídas as organelas e também onde ocor- re boa parte do metabolismo intermediário da célula. Note: • A trama de microfilamentos e microtúbulos = citoesqueleto • Suporte estrutural para a célula e suas organelas • Suporte dinâmico para a movimentação celular e intracelular Obs.: • Os elementos do citoesqueleto são visíveis individualmente em micros- cópios com grande poder de resolução, com o emprego de preparações adequadas e aumentos médios ou grandes. D) O Núcleo Componentes do Nucleoplasma • DNA = ± 20% da massa total • RNA = menor componente (m-RNA, r-RNA e r-RNA) Aspectos ultra-estruturais do Núcleo Interfásico • Possui cromossomos parcial ou totalmente desespiralizado • A cromatina apresenta áreas elétron-densas e elétron-lucentes • Áreas elétron-densas = heterocromatina • Grumos distribuídos pela periferia do núcleo e irregularmente pelo cito- plasma • No sexo feminino corresponde a um dos cromossomos X, quiescente e equivalente ao cromossomo Y do sexo masculino • Áreas elétron-lucentes = eurocromatina • Parte do DNA que está sendo transcrito em RNA
  • 68. BIOLOGIA CELULAR68 UNIMES VIRTUAL Nucléolo • sítio de síntese de RNA e organização das sub-unidades dos ribosso- mos (r-RNA / ribonucleoproteínas) • áreas elétron-lucentes = local da transcrição DNA r-RNA • áreas elétron-densas = local de organização das sub-unidades • numerosos = células que sintetizam proteínas ativamente • pouco/ausentes = células quiescentes/indiferenciadas Envoltório Nuclear • Porção especializada do RE que envolve o núcleo • Duas unidades de membranas separadas pelo espaço perinuclear, con- tínuo com o lúmem do RE • A unidade externa é pontilhada por ribossomos • A unidade interna se apóia na trama de filamentos intermediários de lâmina • A trama formada pela lâmina, cromatina e nucléolo correspondem ao citoesqueleto nuclear Poros Nucleares • Estrutura que permite o transito de metabólicos, macromoléculas, e sub- unidades dos ribossomos, entre o núcleo e o citoplasma • Local onde as unidades de membrana do envoltório nuclear se mostram contínuas Se você estiver com alguma dúvida, não deixe de nos per- guntar.
  • 69. BIOLOGIA CELULAR 69 UNIMES VIRTUAL Aula: 20 Temática: Identificação de Tipos Celulares Olá turma. Veja os exemplos a seguir e então procure na Internet fotos de microscopia eletrônica e tente classificar as células baseando-se em suas organelas. Boa Sorte! A) Célula que sintetiza proteína e não segrega • Exemplo = Eritroblasto • Características = núcleo grande, citoplasma constituído principalmente por polissomas, ausência de REG, lisossomas, microtúbulos e microfila- mentos, poucas mitocôndrias. B) Célula que sintetiza, segrega e exporta proteínas • Exemplo = Plasmócito • Características = o citoplasma apresenta sua maior parte constituída por REG, o complexo golgiense é desenvolvido e não existem habitualmen- te nessas células grânulos de secreção, pois não ocorre o acúmulo de seu produto. C) Célula que sintetiza proteína que é segregada do citoplasma e se transforma em grânulos separados por membrana • Exemplo = Eosinófilo • Características = nucléolo grande, REG presente, complexo golgiense e grânulos de secreção visíveis. Na célula madura, o citoplasma se enche de grânulos e perde o REG e o complexo golgiense. D) Célula que sintetiza, segrega e acumula proteínas para exportação • Exemplo = Porção exócrina do pâncreas • Características = nucléolo bem visível, muito REG, complexo golgiense bem visível, acúmulo de grânulos de secreção em um pólo posterior para exocitose, moderada quantidade de mitocôndrias.
  • 70. BIOLOGIA CELULAR70 UNIMES VIRTUAL E) Célula que sintetiza hormônios esteróides • Exemplo = célula de Leydig • Características = abundância de mitocôndrias e REA, complexo gol- giense pouco desenvolvido, abundante gotículas de lipídeos, freqüentes lisossomas. F) Célula que transporta informação genética • Exemplo = Espermatozóide • Características = cauda longa (flagelo), núcleo na extremidade e muito condensado, presença de acrossoma, mitocôndrias acumuladas no início do flagelo. G) Célula que transporta íons • Exemplo = Células dos túbulos contorcidos distais do rim • Características = grande quantidade de mitocôndrias alongadas dis- postas verticalmente em paliçada, inúmeras invaginações de membrana plasmática no seu pólo basal. H) Célula que absorve metabólitos • Exemplo = Enterócitos • Características = abundância de microvilos na sua membrana apical, mitocôndrias na porção superior do citoplasma. I) Célula que se contrai produzindo movimentos • Exemplo = Miócito estriado esquelético • Características = citoplasma ocupado principalmente por feixes de mi- crofilamentos paralelos, com estriações transversais, vários núcleos por célula situados na periferia, resulta da fusão de várias células musculares embrionárias. J) Célula na qual ocorre digestão intracelular • Exemplo = Macrófago • Características = presença de inúmeros lisossomas no citoplasma, membrana plasmática irregular com imagem de pinocitose.
  • 71. BIOLOGIA CELULAR 71 UNIMES VIRTUAL Indicação de Leitura LEVINE, B. YUAN, J. – Autophagy in cell death: an innocent convict?. J. Clin. Invest., 115(10):2679-2688, 2005. Disponível em: http://www.jci. org POIRIER, J. Histologia molecular: Texto e atlas. São Paulo. Ed. Santos. 2003. XU, C.; BAILY-MAITRE, B. REED, J. C. – Endoplasmic reticulum stress: cell life and death decisions. J. Clin. Invest., 115(10):2656-2664, 2005. Disponível em: http://www.jci.org
  • 72. BIOLOGIA CELULAR72 UNIMES VIRTUAL Resumo - Unidade III Os elementos subcelulares ou organelas desempenham papel de fundamental importância para as funções diárias das células. São estruturas com morfologia diversa e que, obrigatoriamente, apresentam revestimento por membrana. Os tipos e quantidade das organelas variam de acordo com a função da célula. As células que possuem grandes quantidades de REG e Complexo Golgiense se encontram em atividade de síntese, seja de proteínas ou proteínas con- jugas; uma célula rica em lisossomas desempenha função de defesa do organismo. Cada organela ou um conjunto de organelas determinará qual tipo e função para uma determinada célula. Referências Bibliográficas BOLSOVER, S. R. Biologia Celular. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koo- gan. 2ªed. 2005. CARVALHO, H. F. RECCO-PIMENTEL, S. H. A célula 2001. São Paulo. Ed. Manole. 2001. LODISH, H – Biologia Celular e Molecular. Rio de Janeiro. Revinter. 4ª ed., 2002. POIRIER, J. Histologia molecular: Texto e atlas. São Paulo. Ed. Santos. 2003. Glossário • Cristais de hidroxiapatita – composto químico presente na matriz ex- tracelular do tecido ósseo responsável por sua rigidez. • Eosinófilo – célula de defesa do sangue realiza fagocitose de parasitas e participa do processo alérgico. • Glucagon – hormônio produzido nas ilhotas pancreáticas responsável pela transformação de glicogênio em glicose.
  • 73. BIOLOGIA CELULAR 73 UNIMES VIRTUAL • Hormônios esteróides – substâncias químicas, derivadas da molécula de colesterol, que desempenham funções de controle fisiológico das cé- lulas. • Ilhotas pancreáticas – conjunto de células que formam a parte endó- crina do pâncreas. • Insulina – hormônio produzido nas ilhotas pancreáticas responsável pela entrada de glicose nas células. • Macrófago – célula de defesa do organismo responsável pela fagocito- se de partículas estranhas. • Neutrófilo – célula de defesa presente no sangue responsável pela fago- citose de partículas estranhas. • Osteoclasto – célula especial do tecido ósseo, derivada da fusão de vários macrófagos. Realiza a defesa do tecido ósseo através do processo de fagocitose de partículas estranhas. • Plasmócito – célula de defesa do organismo responsável pela produção de anticorpos. • Procariotas – organismo simples que não possuem envoltório nuclear protegendo o material genético. • RNA – abreviação do termo Ácido Ribonucléico. É a molécula comple- mentar do DNA.
  • 74. BIOLOGIA CELULAR74 UNIMES VIRTUAL Exercício de auto-avaliação III 1) Síntese de proteínas e síntese de lipídeos, são funções de quais organelas, respec- tivamente: REG e Complexo Golgiense Complexo Golgiense e REA REA e REG REG e mitocôndria 2) São funções do Retículo Endoplasmático Agranular, exceto: Desintoxicação Transporte de moléculas Função mecânica Síntese de hormônios esteróides 3) Qual organela abaixo não tem sua origem a partir do Complexo Golgiense? Lisossomas Peroxissomas Acrossoma Vesícula de transporte 4) O processo de defesa que as células fazem internalizando agentes estranhos é conhecido como: Fagossoma Lisossoma Fagocitose Exocitose 5) Autofagia e digestão intracelular são funções de qual organela? Lisossoma Complexo Golgiense Mitocôndria REG a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d) a) b) c) d)
  • 75. BIOLOGIA CELULAR 75 UNIMES VIRTUAL Unidade IV Núcleo Celular Objetivos Reconhecer a estrutura do núcleo celular; apresentar a composição e as funções dos ácidos nucléicos e estabelecer as diferenças entre os tipos de divisão celular. Plano de Ensino Esta unidade conta com as seguintes aulas: Aula: 21 – Núcleo Aula: 22 – Material Genético Aula: 23 – Replicação, Transcrição e Tradução Aula: 24 – Ciclo Celular Aula: 25 – Mitose Aula: 26 – Meiose Aula: 27 – Aberrações Cromossômicas Aula: 28 – Cariótipo
  • 76. BIOLOGIA CELULAR76 UNIMES VIRTUAL Aula: 21 Temática: O Núcleo Olá alunos! A partir desta unidade começaremos a explorar o centro de controle da célula, ou seja, seu núcleo. Uma das mais importantes etapas durante o processo evolutivo que permitiu, também, a nossa evolução foi a proteção do material genético pelo envoltório nuclear. Como já visto antes, o núcleo nada mais é do que um tipo de Retículo Endoplasmático, que durante a evolução das primeiras células se especia- lizou em proteger o material genético. Morfologia do Núcleo O núcleo é um elemento subcelular. Possui dupla membrana, denominada envoltório nuclear, é uma estrutura descontínua, como um círculo, apre- sentando poros que são pequenos buracos para permitir a entrada ou saí- da de moléculas. Porém, não é qualquer molécula que pode ganhar acesso ao interior do núcleo, por isso, cobrindo o poro nuclear existe uma pequena membrana cuja função é servir de filtro, selecionando, assim, as partículas que adentram a matriz nuclear. Abaixo está representado o núcleo com seus componentes estruturais.
  • 77. BIOLOGIA CELULAR 77 UNIMES VIRTUAL O DNA nuclear está associado a um conjunto de proteínas (será discutido na aula 02), recebendo o nome de cromatina. Existem dois tipos de cro- matina: eucromatina e a heterocromatina. Esta classificação é baseada na atividade de síntese da célula. Quando a célula possui uma grande atividade de síntese, seu DNA está transcrevendo, ou seja, fazendo cópias para a produção de proteínas. En- tão, dizemos que sua cromatina é eucromática, pois para fazer cópias de sua molécula a dupla hélice do DNA tem que se separar. A heterocromatina é o inverso, quando a célula não está em grande ati- vidade de síntese. Temos então mais partes da molécula de DNA enrolada do que separada (em processo de cópia). Quando coramos o núcleo, a he- terocromatina poda ser visualizada como pontos escuros (densos) dentro do núcleo. Em resumo, podemos prever se uma célula trabalha muito ou pouco observando apenas seu núcleo. Veja o esquema abaixo: Aqui vemos o núcleo da célula bem claro, pois quando a fita de DNA está separada o corante não consegue se fixar a ela, corando o núcleo em um tom claro. EUCROMATINA! Neste esquema o núcleo está mais escuro, pois a maior parte do DNA está enrolado. Quando co- ramos, o corante se fixa bem na molécula, dei- xando o núcleo em um tom escuro. HETEROCRO- MATINA! O nucléolo é uma estrutura dentro do núcleo responsável pela produção de RNA-ribossômico, que faz parte da estrutura dos ribossomos, respon- sáveis pela síntese protéica.
  • 78. BIOLOGIA CELULAR78 UNIMES VIRTUAL É importante lembrar que, salvo algumas exceções, as células do nosso organismo possuem apenas um núcleo por célula e que o núcleo nem sem- pre vai apresentar uma forma arredondada; na verdade, o núcleo tende a acompanhar a forma da célula. Sem dúvida, um dos mais importantes elementos subcelula- res é o núcleo, não só pelo fato de proteger o material gené- tico e ter permitido a evolução das células, mas pelo fato de que dentro dele ocorrem processos essenciais para o controle da atividade celular. Em nossa próxima aula abordaremos em detalhes que processos são estes e como o material genético é composto. Até lá!
  • 79. BIOLOGIA CELULAR 79 UNIMES VIRTUAL Aula: 22 Temática: O Material Genético Olá turma! Hoje veremos em detalhe a composição do ma- terial genético, suas características e funções. Desde sua descrição, em 1953, pelos pesquisadores James Watson e Francis Crick, o conhecimento sobre a estrutura e a função do DNA e RNA cresceu vertiginosamente. Além disso, os avanços da tecnologia nos permitem entender melhor como erros na estrutura do DNA pode afetar a morfologia e função das células. Nós temos dois tipos de material genético, protegidos dentro do núcleo das células: o DNA (Ácido Desoxirribonucléico) e o RNA (Ácido Ribonu- cléico). Possuem a função de armazenamento e expressão da informação genética, ou seja, qualquer característica física ou não, está escrita em código, no DNA. Nossas células possuem um total de 46 moléculas de DNA, com exceção do espermatozóide e ovócito (células sexuais) os quais possuem apenas metade do número de moléculas (23 moléculas). O número de moléculas de DNA é característico de cada espécie e seu conjunto é denominado genoma. Composição do DNA e RNA Independente do tipo, o material genético é composto por três substâncias químicas: uma pentose (açúcar com 5 carbonos), que no caso do DNA é denominado desoxirribose e no RNA é ribose; uma molécula de fosfato e uma base nitrogenada. As bases nitrogenadas são divididas em dois gru- pos: as pirimidinas – Citosina (C), Timina (T) e Uracila (U) e as purinas – Adenina (A) e Guanina (G). Na molécula de DNA estão presentes as bases A, T, C e G; enquanto que na molécula de RNA temos a base U ao invés da base T. Independente da molécula (DNA ou RNA), quando juntamos os três com- postos orgânicos formamos uma nova molécula denominada nucleotídeo. Podemos dizer, então, que uma molécula de DNA ou RNA é uma seqüência aleatória de nucleotídeos.
  • 80. BIOLOGIA CELULAR80 UNIMES VIRTUAL = molécula de fosfato. = pentose (desoxirribose ou ribose) C = base nitrogenada O esquema ao lado represen- ta a dupla fita da molécula de DNA. Como já foi dito, uma fita de DNA é uma seqüência aleatória de nucleotídeos, mas quando as duas fitas vão se entrelaçar para formar o DNA, existe uma regra bá- sica: a fita só se formará se houver o pareamento (com- binação) entre os nucleotí- deos. A se combina com T (A-T) e C se combina com G (C-G) e vice-versa. Quando a base nitrogenada é adicionada, para a formação do nucleotídeo, seu nome é alterado. Então, quando lemos adenina ou timina, por exem- plo, nos referimos a base nitrogenada sozinha, separada do fosfato e da pentose. C OH CH2 O P CH2 O P CH2 O P CH2 O P A G T C T C A G CH2 O P CH2 O P CH2 O P CH2 O P OH
  • 81. BIOLOGIA CELULAR 81 UNIMES VIRTUAL Veja a tabela abaixo: Base Nitrogenada Nucleotídeo Adenina Adenosina Timina Timidina Citosina Citidina Guanina Guanosina Uracila Uridina Uridina Outros conceitos importantes são os de genes e cromossomos. Todos já ouvimos falar, certo! Mas você sabe o que são? É muito simples. Genes são seqüências específicas de nucleotídeos. Um cromossomo é quando a molécula de DNA se enrola totalmente sobre ela mesma, como uma linha em um novelo, diminuindo seu tamanho e ficando visível quando corada por técnicas especificas. Cromossomo significa corpo que se cora! Mas só podemos evidenciá-los no momento da divisão celular, pois é durante este estágio que atingem seu ponto de condensação máximo. O DNA está associado a um grupo de proteínas denominadas histonas. O DNA mais as histonas formam o que nós conhecemos como cromatina. O papel das histonas ainda não está muito bem claro, mas pesquisas apon- tam sua participação no processo de replicação do DNA e no aparecimen- to de alguns tipos de neoplasias. Em relação ao RNA, existem três tipos básicos: RNA mensageiro (RNA- m), RNA transportador (RNA-t) e RNA ribossômico (RNA-r). RNA-t = corresponde a 10% do total de RNA na célula. Transporta os aminoácidos para a formação das proteínas; RNA-m = corresponde a 4% do RNA. Contém a informação para a síntese protéica; RNA-r = corresponde a 85% do RNA. Formam os ribossomos presentes no citoplasma. Podemos concluir que o DNA é a molécula fundamental para a organização do funcionamento das células. Os termos cro- matina e cromossomos se relacionam ao DNA só que com morfologias diferentes. Em um futuro, não muito distante, seremos capa- zes de corrigir erros direto na molécula de DNA e, assim, tratar inúmeras doenças genéticas para as quais, atualmente, não existem tratamento. Qualquer dúvida, entre em contato!
  • 82. BIOLOGIA CELULAR82 UNIMES VIRTUAL Aula: 23 Temática: Replicação, Transcrição e Tradução Na aula de hoje, veremos como ocorre a síntese protéica. Na biologia existe uma lei (Dogma Central) que define que a informação genética é perpetuada pela replicação do DNA e traduzida através de dois processos (transcrição e tradução). Replicação O mecanismo de replicação do DNA ocorre dentro do núcleo. É o processo pelo qual o DNA faz uma cópia dele mesmo. O objetivo da duplicação é passar as informações contidas no DNA para as próximas gerações. Em 1 está representado a dupla hélice de DNA. Para ocorrer à duplica- ção o primeiro passo é a separação das fitas- molde (ou mãe) azul e vermelha. Em 2 temos a enzima helicase que que- bra as ligações (pontes de hidrogênio) entre as fitas-molde. DNA - Polimerase O esquema ao lado re- presenta a ação de ou- tra enzima, denominada DNA-polimerase, que após a separação das fi- tas-molde, constrói uma nova fita complementar para ambas as fitas-mol- de. A C T G G C T T G A C C G A A T 1 A C T G G C T T G A C C G A A T 2 A C T G G C T T G A C A 3 C C T T G A C C G A A T